Buvo atskleisti salmonelių ginklai
Bakterijos, pvz., Salmonella, užkrečia savo ląsteles-šeimininkes adatomis primenančiomis pratęsimo formomis, kurių per priepuolį susikaupia daug. Naudodami naujai sukurtus krioelektroninės mikroskopijos metodus, Vienos mokslininkai, vadovaujami Thomaso Marlovitso, sugebėjo išspręsti šio infekcijos aparato struktūrą beveik atominiu lygiu. Tikslaus plano žinojimas turėtų padėti sukurti vaistus, kurie užkerta kelią infekcijai.
„Atviras sezamas“ bakterijoms
Maras, šiltinė, cholera – kai kurias pražūtingiausias ligas sukelia bakterijos, kurios turi vieną bendrą bruožą: jos turi veiksmingą infekcijos aparatą, kuris yra beveik neįveikiamas kaip ginklas. Kai įsiskverbia į kūno ląstelę, jie sukuria daugybę tuščiavidurių adatų pavidalo struktūrų, kurios išsikiša iš bakterijų apvalkalo. Per šias adatas jie suleidžia signalines medžiagas į šeimininko ląsteles, kurios jas perprogramuoja ir įveikia savo gynybą. Nuo tada patogenai turi lengvą laiką ir gali netrukdomai prasiskverbti į ląsteles.
Biochemikas ir biofizikas Thomas Marlovits, Vienos institutų IMP (Molekulinės patologijos tyrimų institutas) ir IMBA (Austrijos mokslų akademijos Molekulinės biotechnologijos institutas) grupės vadovas, jau keletą metų susiduria su Salmonella infekcijos kompleksu. Jau 2006 metais jis sugebėjo aprašyti, kaip susidaro Salmonella typhimurium spyglių komplekso struktūra (Nature 441, 637-640). Dabar jam ir jo doktorantui Oliveriui Schraidtui pavyko trimatę struktūrą pavaizduoti itin didele raiška. Komanda sugebėjo vizualizuoti detales, kurių matmenys buvo 5–6 angstremai – tai beveik atominiai matmenys. Darbas pristatomas einamajame mokslo žurnalo „Science“ numeryje.
Kaip matyti, taip sugriauta
Dar niekada salmonelių infekcijos įrankis nebuvo pavaizduotas taip tiksliai. Tai buvo pasiekta kartu naudojant didelės raiškos krioelektroninę mikroskopiją ir specialiai sukurtą vaizdo gavimo programinę įrangą. „Šauniausias mikroskopas Austrijoje“ leidžia biologinius mėginius užšaldyti minus 196 laipsnių kampu ir žiūrėti tokioje būsenoje beveik nepakitusią. Tačiau mokslininkai vis labiau „priartina“ savo objektą, kovoja su klastinga problema: didelės energijos elektronų spindulys krenta į mėginį taip susikaupęs, kad jis vėl sunaikinamas pirmuoju vaizdu.
Vienos mokslininkai išsprendė problemą naudodami vaizdo apdorojimo algoritmus ir didelę vaizdų masę. Jie išanalizavo apie 37 000 izoliuotų adatų kompleksų vaizdų. Panašūs vaizdai buvo sujungti ir atsverti vienas prieš kitą; Tokiu būdu iš daugybės labai triukšmingų įrašų galima sukurti vieną ryškų trimatį vaizdą. Didžiulę skaičiavimo galią suteikė maždaug 500 tarpusavyje sujungtų kompiuterių grupė.
Mikroskopija netrukdant žmonėms
Kad būtų pasiektas didelis vaizdų skaičius, mikroskopas dalį darbo atliko automatiškai nakties valandomis. Tai turi didelių privalumų, nes žmonės tik trukdo. Jie kvėpuoja, kalba ir juda, purtydami jautrų mikroskopą. Net judantis liftas gali sudirginti elektronų pluoštą.
IMP-IMBA krioelektroninis mikroskopas yra vienintelis tokio pobūdžio Austrijoje. Didelės techninės pastangos, susijusios su jo veikimu, tyrėjams atsiperka. Įsiskverbimas į subnanometro diapazoną suteikė jiems dar vieną galimybę patobulinti savo išvadas. Jie sugebėjo „pritaikyti“ esamus duomenis, gautus naudojant kristalografiją, adatos struktūroje, taip puikiai papildydami trimatį vaizdą. Taikant šį hibridinį metodą, jiems pavyko išsiaiškinti visą infekcijos aparato projektą.
Thomasui Marlovitsui ši technologija yra naujovių postūmis: „Naudodami metodus, kuriuos sukūrėme savo darbui, sugebėjome sukurti „vaizdų gavimo“ procesą aukštu lygiu. Galime iki galo išnaudoti fantastišką infrastruktūrą, kurią turime čia Campus Vienna Biocenter.
Išvados ne tik skatina pagrindinius tyrimus, sako Marlovits: „Galima įsivaizduoti, kad remiantis mūsų duomenimis, gali būti sukurta medžiaga, kuri pati patenka į adatų kompleksą ir sutrikdo jo funkciją. Tada turėtume labai veiksmingą vaistą – ne tik nuo salmonelių, bet ir nuo kitų patogenų, kurie naudoja šią sistemą, pavyzdžiui, sukeliančius cholerą, marą ir vidurių šiltinę.
Originalus darbas:
"Trimatis salmoneliozės adatų komplekso modelis subnanometro skiriamąja geba". Oliveris Schraidtas ir Thomas C. Marlovits, Mokslas, 4.3.2011 m. kovo XNUMX d.
Tomas Marlovitsas
Biochemikas ir biofizikas Thomas Marlovits yra kilęs iš Rechnitz Burgenlande. Nuo 2005 m. yra partnerių institutų IMP ir IMBA jungtinės grupės vadovas. Prieš tai jis penkerius metus dirbo podoktorantūros mokslininku Jeilio universitete. Marlovits nagrinėja molekulinių mašinų struktūrą ir funkcijas ir pradėjo studijuoti Salmonella infekcijos aparatą Jeilyje, kurį tęsė IMP-IMBA.
Thomaso Marlovitso moksliniai tyrimai, be kita ko, finansuojami kaip „Vienos tobulumo dėmės“ „Vienos molekulinės ir ląstelių nanostruktūros centras (CMCN)“, kuriam vadovauja Marlovits, dalis. Šia Vienos miesto iniciatyva remiami mokslinių tyrimų projektai, kuriuose dalyvauja ir įmonės, ir mokslo institucijos.
Molekulinės patologijos tyrimų institutas IMP atlieka pagrindinius tyrimus tarptautinėje įmonių grupėje Boehringer Ingelheim. IMBA − Molekulinės biotechnologijos institutas yra pagrindinis Austrijos mokslų akademijos tyrimų institutas. Abu institutai yra Campus Vienna Biocenter ir juos sieja bendradarbiavimas mokslinių tyrimų srityje.
Šaltinis: Viena [ IMBA ]
