En forfalskning-farge transmission electron micrograph av flere bakteriofager er knyttet til en bakteriell cellevegg. Kreditt: Wikimedia Commons
En ny genetisk tilnærming kan akselerere studie av phage-mikrobe interaksjoner med konsekvenser for helse, jordbruk og klima.
Forskere er stadig på jakt etter nye og bedre måter å håndtere bakterier, enten det er for å eliminere sykdom som forårsaker spenninger eller for å endre potensielt gunstig behandlingsalternativ., Og til tross for de mange smarte medisiner og genteknologi verktøy menneskene har oppfunnet for disse oppgavene, de tilnærminger som kan virke klønete når sammenlignet med den finjusterte angrep gjennomført av fager – virus som infiserer bakterier.
Fager, som andre parasitter, er stadig nye måter å målrette og utnytte deres spesifikke vert bakteriell belastning, og i sin tur, bakterier er under kontinuerlig utvikling betyr å unngå fager., Disse evigvarende kampen for overlevelse gi utrolig mangfoldig molekylær arsenaler at forskere er spent på å studere, men dette kan bli kjedelig og arbeidskrevende.
for Å få innsikt i disse defensive strategier, et team ledet av Berkeley Lab forskere har nettopp utviklet en effektiv og rimelig ny metode. Som rapportert i PLOS Biology, laget viste at en kombinasjon av tre teknikker kan avsløre som bakteriell reseptorer fager utnytte til å infisere celler, så vel som hva cellulære mekanismer bakterier bruke til å svare til en phage infeksjon.,
«til Tross for nesten et århundre av molekylære arbeid, er den underliggende mekanismer for phage-vert interaksjoner er bare kjent for noen par, der verten er en godt studert modell organisme som kan være oppdrettet i et laboratorium,» sa tilsvarende forfatter Vivek Mutalik, en forsker i Berkeley Lab Miljø Genomics og Systemer Biologi (EGSB) Divisjon. «Men, fager representerer den mest tallrike biologiske enheter på Jorden, og på grunn av deres virkning på bakterier, de er sentrale drivere av miljømessige stoffkretsløp, jordbruksproduksjon, og menneskers og dyrs helse., Det har blitt viktig å få mer grunnleggende kunnskap om disse vekselsvirkningene, for å bedre forstå planeten er microbiomes og til å utvikle nye legemidler, slik som bakterier-basert vaksiner eller phage cocktails til å behandle antibiotika-resistente infeksjoner.»
Skinner et lys på «mørk materie»
laget er tredelt tilnærming, kalt strekkodet tap-av-funksjon og gain-of-function biblioteker, bruker de etablerte teknikk for å skape genet slettinger og også økt genuttrykk å identifisere hvilke gener i bakterier bruk for å unngå fager., Denne informasjonen forteller også forskere som reseptorer den fager er rettet mot uten å måtte analysere fager’ genomer. (Men forskere har tenkt til å tilpasse teknikken til bruk på virus i fremtiden, for å lære enda mer om deres funksjon.)
Mutalik og hans kolleger testet sin metode på to stammer av E. coli, som er kjent for å være målrettet av 14 genetisk forskjellige fager., Resultatene bekreftet at metoden fungerer bedre ved raskt å avsløre den samme suite av phage reseptorer som tidligere hadde blitt identifisert gjennom tiår med forskning, og også gitt nye hits som var savnet i tidligere studier.
En kunstnerisk gjengivelse av fager. Kreditt: Antara Mutalik
Ifølge for å Mutalik, tilnærming kan også skaleres opp til å samtidig vurdere phage relasjoner for hundrevis av bakterier samplet fra ulike miljøer., Dette vil gjøre det mye lettere for forskerne å studere planetens biologiske «dark matter», som henviser til unculturable og derfor dårlig forstått mikroorganismer som florerer i mange miljøer. Faktisk er det anslått at 99% av alle levende mikroorganismer kan ikke være dyrket i en lab.
team tilnærming representerer også en mulighet til å standardisere genetiske ressurser brukt i phage forskning, som alltid har vært et ad-hoc og svært variabel prosessen, og skape delbar reagenser og datasett.,
«Den rollen fager er en stor ‘kjent-ukjent,» som vi vet det er fager overalt, men knapt vet noe mer. Vi forstår For eksempel mindre enn 10% av genene som er kodet i tidligere sekvensert phage genomer,» sa Mutalik. «Nå som vi endelig har en strømlinjeformet verktøy for å se på fager, det er mange spennende spørsmål vi kan begynne å svare, og en mulighet til å gjøre en forskjell i verden.,»
Dette arbeidet ble ledet av Mutalik og andre EGSB forskere Adam Arkin og Adam Deutschbauer ved Berkeley Lab, i samarbeid med forskere ved UC Berkeley og er Evergreen State College. Forskningen ble finansiert av Mikrobiologi-program av Innovative Genomics Institute og ved GÅTE, en Vitenskapelig fokusområde program ledet av Berkeley Lab og støttes av DOE ‘ s Office of Science.
