Több bakteriofág hamis színű transzmissziós elektronmikrográfja, amely egy bakteriális sejtfalhoz kapcsolódik. Hitel: Wikimedia Commons
egy új genetikai megközelítés felgyorsíthatja a fág-mikroba kölcsönhatások tanulmányozását, amelyek hatással vannak az egészségre, a mezőgazdaságra és az éghajlatra.
A tudósok folyamatosan új és továbbfejlesztett módszereket keresnek a baktériumok kezelésére, legyen az a betegséget okozó törzsek felszámolására vagy a potenciálisan előnyös törzsek módosítására., Annak ellenére, hogy az emberek számos okos gyógyszert és géntechnológiai eszközt találtak fel ezekre a feladatokra, ezek a megközelítések ügyetlennek tűnhetnek, összehasonlítva a fágok által előidézett finoman hangolt támadásokkal – a baktériumokat megfertőző vírusokkal.
a fágok, más parazitákhoz hasonlóan, folyamatosan fejlődnek a specifikus gazdaszervezet baktériumtörzsének megcélzására és kiaknázására, a baktériumok pedig folyamatosan fejlődnek a fágok elkerülésére., Ezek az örök csaták a túlélésért hihetetlenül változatos molekuláris arzenálokat eredményeznek, amelyeket a kutatók szeretnének tanulmányozni, de ez unalmas és munkaigényes lehet.
ahhoz, hogy betekintést nyerjünk e védekező stratégiákba, a Berkeley Lab tudósai által vezetett csapat nemrégiben kifejlesztett egy hatékony és olcsó új módszert. Amint azt a PLOS Biology jelentette, a csapat kimutatta, hogy három technika kombinációja felfedheti, hogy mely bakteriális receptorok fágok használják a sejt megfertőzését, valamint milyen sejtes mechanizmusokat használnak a baktériumok a fágfertőzésre való reagáláshoz.,
“a közel egy évszázados molekuláris munka ellenére a fág-gazdaszervezet kölcsönhatásainak alapjául szolgáló mechanizmusok csak néhány párról ismertek, ahol a gazda egy jól tanulmányozott modellszervezet, amely laboratóriumban tenyészthető”-mondta Vivek Mutalik, a Berkeley Lab környezetvédelmi genomikai és Rendszerbiológiai (EGSB) részlegének kutatója. “A fágok azonban a legelterjedtebb biológiai entitásokat képviselik a földön, és a baktériumokra gyakorolt hatásuk miatt a környezeti tápanyag-ciklusok, a mezőgazdasági termelés, valamint az emberi és állati egészség kulcsfontosságú mozgatórugói., Elengedhetetlen, hogy több alapvető ismereteket szerezzünk ezekről a kölcsönhatásokról, hogy jobban megértsük a bolygó mikrobiomjait, és új gyógyszereket, például baktérium alapú vakcinákat vagy fág koktélokat fejlesszünk ki az antibiotikum-rezisztens fertőzések kezelésére.”
“sötét anyag”
a csapat háromágú megközelítése, az úgynevezett vonalkódos funkcióvesztés és funkciónyerés könyvtárak, a géntörlések létrehozásának bevált technikáját használja, valamint növeli a génexpressziót annak meghatározására, hogy mely géneket használják a baktériumok a fágok elkerülésére., Ez az információ azt is elmondja a tudósoknak, hogy mely receptorokat célozzák meg a fágok anélkül, hogy elemezniük kellene a fágok genomjait. (A tudósok azonban azt tervezik, hogy a jövőben adaptálják a vírusok használatának technikáját, hogy még többet megtudjanak funkciójukról.)
Mutalik és kollégái két olyan E. coli törzsön tesztelték módszerüket, amelyekről ismert, hogy 14 genetikailag különböző fágot céloznak meg., Eredményeik megerősítették, hogy a módszer zökkenőmentesen működik azáltal, hogy gyorsan felfedi ugyanazt a fágreceptor-készletet, amelyet korábban több évtizedes kutatás során azonosítottak, valamint új találatokat is szolgáltatott, amelyeket a korábbi vizsgálatok elmulasztottak.
a fágok művészi renderelése. Hitel: Antara Mutalik
Mutalik szerint a megközelítés skálázható is, hogy egyidejűleg értékelje a fágkapcsolatokat a különböző környezetekből vett baktériumok százaira., Ez sokkal könnyebbé teszi a tudósok számára a bolygó biológiai “sötét anyagának” tanulmányozását, amely a sok környezetben bővelkedő, nem kulturálható, ezért rosszul érthető mikroorganizmusokra utal. Valójában becslések szerint az összes élő mikroorganizmus 99% – át nem lehet laboratóriumban tenyészteni.
a csapat megközelítése lehetőséget nyújt a fágkutatásban használt genetikai erőforrások szabványosítására is, amely mindig is ad hoc és rendkívül változó folyamat volt, valamint megosztható reagensek és adatkészletek létrehozása.,
“a fágok szerepe hatalmas “ismert-ismeretlen”, mivel tudjuk, hogy mindenhol vannak fágok, de alig tudnak többet. Például a korábban szekvenált fág genomokban kódolt gének kevesebb mint 10% – át értjük” – mondta Mutalik. “Most, hogy végre van egy korszerű eszközünk a fágok áttekintésére, sok izgalmas kérdésre kezdhetünk válaszolni, és lehetőségünk van arra, hogy változtassunk a világon.,”
ezt a munkát a Mutalik és az EGSB tudóstársai, Adam Arkin és Adam Deutschbauer vezette a Berkeley Lab-ban, az UC Berkeley és az Evergreen State College kutatóival együttműködve. A kutatást az innovatív genomikai Intézet mikrobiológiai programja, valamint az ENIGMA, a Berkeley Lab által vezetett tudományos fókuszterület program támogatta, amelyet a DOE Tudományos irodája támogatott.
