En falsk-farve transmission electron micrograph af flere bacteriophages knyttet til et bakterielle cellevæg. Kredit: Commonsikimedia Commons
en ny genetisk tilgang kan fremskynde undersøgelsen af fag-mikrobe-interaktioner med konsekvenser for sundhed, landbrug og klima.
forskere søger løbende efter nye og forbedrede måder at håndtere bakterier på, det være sig at eliminere sygdomsfremkaldende stammer eller ændre potentielt gavnlige stammer., Og på trods af de mange kloge stoffer og gentekniske værktøjer, som mennesker har opfundet til disse opgaver, kan disse tilgange virke klodsede sammenlignet med de fint indstillede angreb, der udføres af fager – de vira, der inficerer bakterier.
fager, ligesom andre parasitter, er i konstant udvikling Måder at målrette og udnytte deres specifikke vært bakteriestamme, og til gengæld bakterierne er i konstant udvikling midler til at unddrage fager., Disse evige kampe for overlevelse giver utroligt forskellige molekylære arsenaler, som forskere klør for at studere, men alligevel kan det være kedeligt og arbejdskrævende.
for at få indsigt i disse defensive strategier har et team ledet af Berkeley Lab-forskere netop udviklet en effektiv og billig ny metode. Som rapporteret i PLOS Biology viste teamet, at en kombination af tre teknikker kan afsløre, hvilke bakterielle receptorfager der udnytter til at inficere cellen, samt hvilke cellulære mekanismer bakterierne bruger til at reagere på en faginfektion.,
“på Trods af næsten et århundrede af molekylær arbejde, de underliggende mekanismer i fag-værts interaktioner er kun kendt for et par, hvor værten er en vel-studeret model organisme, der kan dyrkes i et laboratorium,” sagde tilsvarende forfatteren Vivek Mutalik, en forsker i Berkeley Lab ‘ s Miljømæssige Genetik og Systembiologi (EGSB) Division. “Fager repræsenterer imidlertid de mest rigelige biologiske enheder på jorden, og på grund af deres indflydelse på bakterier er de vigtige drivkræfter for miljønæringscyklusser, landbrugsproduktion og menneskers og dyrs sundhed., Det er blevet bydende nødvendigt at få mere grundlæggende viden om disse interaktioner for bedre at forstå planetens mikrobiomer og udvikle nye lægemidler, såsom bakteriebaserede vacciner eller fagcocktails til behandling af antibiotikaresistente infektioner.”
Skinner et lys over “det mørke stof”
team tre-strenget strategi, kaldet barcoded tab-af-funktion og gain-of-function biblioteker, bruger den fastsatte teknik til at skabe gen, sletninger og også stigende genekspression til at identificere gener, som bakterierne bruger til at unddrage sig de phages., Denne information fortæller også forskerne, hvilke receptorer fagene målretter mod uden at skulle analysere Fagernes genomer. (Forskerne planlægger dog at tilpasse teknikken til brug på vira i fremtiden for at lære endnu mere om deres funktion.Mutalik og hans kolleger testede deres metode på to stammer af E. coli, der vides at være målrettet af 14 genetisk forskellige fager., Deres resultater bekræftede, at metoden fungerer problemfrit ved hurtigt at afsløre den samme pakke af fagreceptorer, der tidligere var blevet identificeret gennem årtiers forskning, og gav også nye hits, der blev savnet i tidligere undersøgelser.
En kunstnerisk gengivelse af phages. Kredit: Antara Mutalik
ifølge Mutalik kan fremgangsmåden også skaleres for samtidig at evaluere fagforhold for hundreder af bakterier, der er udtaget fra forskellige miljøer., Dette vil gøre det meget lettere for forskere at studere planetens biologiske “mørke stof”, der henviser til de ukulturable og derfor dårligt forståede mikroorganismer, der bugner i mange miljøer. Faktisk anslås det, at 99% af alle levende mikroorganismer ikke kan dyrkes i et laboratorium.
holdets tilgang repræsenterer også en mulighed for at standardisere genetiske ressourcer, der anvendes i fag forskning, som altid har været et ad-hoc og meget variabel proces, og skabe delbar reagenser og datasæt.,
“Fages rolle er en enorm ‘kendt-ukendt’, da vi ved, at der er fager overalt, men næppe ved noget mere. For eksempel forstår vi mindre end 10% af generne kodet i tidligere sekventerede faggenomer, ” sagde Mutalik. “Nu hvor vi endelig har et strømlinet værktøj til at se på fag, er der mange spændende spørgsmål, vi kan begynde at besvare, og en mulighed for at gøre en forskel i verden.,”
Dette arbejde blev ledet af Mutalik og kolleger EGSB forskere Adam Arkin og Adam Deutschbauer på Berkeley Lab, i samarbejde med forskere på UC Berkeley og Evergreen State College. Forskningen blev finansieret af Mikrobiologiprogrammet fra det Innovative Genomics Institute og af ENIGMA, et videnskabeligt fokusområde program ledet af Berkeley Lab og støttet af DOE ‘ s Office of Science.
