een false-color transmission Electronic micrograph van meerdere bacteriofagen aan een bacteriële celwand. Credit: Wikimedia Commons
een nieuwe genetische benadering kan de studie van faag-microben interacties versnellen met implicaties voor gezondheid, landbouw en Klimaat.
wetenschappers zijn voortdurend op zoek naar nieuwe en verbeterde manieren om met bacteriën om te gaan, of het nu gaat om het elimineren van ziekteverwekkende stammen of om het modificeren van potentieel nuttige stammen., En ondanks de vele slimme medicijnen en genetische technieken die mensen hebben uitgevonden voor deze taken, kunnen deze benaderingen onhandig lijken in vergelijking met de fijn afgestemde aanvallen van fagen – de virussen die bacteriën infecteren.
Fagen zijn, net als andere parasieten, voortdurend evoluerende manieren om hun specifieke gastheer bacteriële stam te richten en te exploiteren, en op hun beurt, de bacteriën zijn voortdurend evoluerende middelen om de Fagen te ontwijken., Deze eeuwigdurende gevechten om te overleven opbrengst ongelooflijk diverse moleculaire arsenalen die onderzoekers jeuken om te studeren, maar dit kan vervelend en arbeidsintensief zijn.
om inzicht te krijgen in deze defensieve strategieën heeft een team onder leiding van wetenschappers uit Berkeley Lab zojuist een efficiënte en goedkope nieuwe methode ontwikkeld. Zoals gerapporteerd in PLOS Biology, toonde het team aan dat een combinatie van drie technieken kan onthullen welke bacteriële receptoren Fagen exploiteren om de cel te infecteren, evenals welke cellulaire mechanismen de bacteriën gebruiken om te reageren op een faag infectie.,”ondanks bijna een eeuw moleculair werk, zijn de onderliggende mechanismen van faag-gastheer interacties slechts bekend voor een paar paren, waar de gastheer een goed bestudeerd modelorganisme is dat in een lab kan worden gekweekt,” zei corresponderende auteur Vivek Mutalik, een onderzoeker in Berkeley Lab ‘ s Environmental Genomics and Systems Biology (EGSB) Divisie. “Echter, Fagen vertegenwoordigen de meest voorkomende biologische entiteiten op aarde, en vanwege hun impact op bacteriën, ze zijn belangrijke drijvende krachten van milieu nutriënten cycli, landbouwproductie, en de gezondheid van mens en dier., Het is noodzakelijk geworden om meer fundamentele kennis van deze interacties te verwerven om de microbioom van de planeet beter te begrijpen en om nieuwe geneesmiddelen te ontwikkelen, zoals op bacteriën gebaseerde vaccins of faagcocktails om antibioticaresistente infecties te behandelen.”
Shining a light on”dark matter”
de drieledige aanpak van het team, genaamd barcoded loss-of-function en gain-of-function libraries, maakt gebruik van de gevestigde techniek van het creëren van Gen deleties en ook het verhogen van genexpressie om te identificeren welke genen de bacteriën gebruiken om de Fagen te ontwijken., Deze informatie vertelt ook de wetenschappers welke receptoren de Fagen richten zonder genomen van de Fagen te moeten analyseren. (De wetenschappers zijn echter van plan om de techniek aan te passen voor gebruik op virussen in de toekomst, om nog meer te leren over hun functie.)
Mutalik en zijn collega ‘ s testten hun methode op twee stammen van E. coli waarvan bekend is dat ze het doelwit zijn van 14 genetisch diverse Fagen., Hun resultaten bevestigd dat de methode werkt soepel door snel onthullen dezelfde suite van phage receptoren die eerder was geà dentificeerd door tientallen jaren van onderzoek, en ook op voorwaarde dat nieuwe hits die werden gemist in eerdere studies.
een artistieke weergave van fagen. Credit: Antara Mutalik
volgens Mutalik kan de aanpak ook worden opgeschaald om tegelijkertijd faagrelaties te evalueren voor honderden bacteriën die uit diverse omgevingen worden bemonsterd., Dit zal het veel gemakkelijker maken voor wetenschappers om de biologische “donkere materie” van de planeet te bestuderen, die verwijst naar de oncultureerbare en daarom slecht begrepen micro-organismen die in veel omgevingen in overvloed aanwezig zijn. In feite wordt geschat dat 99% van alle levende micro-organismen niet kan worden gekweekt in een lab.
De aanpak van het team biedt ook de mogelijkheid om genetische hulpbronnen te standaardiseren die gebruikt worden in het faagonderzoek, dat altijd een ad hoc en zeer variabel proces is geweest, en om Deelbare reagentia en datasets te creëren.,
“the role of Fages is a huge’ known-unknown, ‘ as we know there are everywhere, but we hardly know anything more. Bijvoorbeeld, we begrijpen minder dan 10% van de genen gecodeerd in eerder sequenced faag genomen, ” zei Mutalik. “Nu we eindelijk een gestroomlijnde tool hebben om naar Fagen te kijken, zijn er veel spannende vragen die we kunnen beantwoorden en een kans om een verschil te maken in de wereld.,”
Dit werk werd geleid door Mutalik en collega-EGSB-wetenschappers Adam Arkin en Adam Deutschbauer van Berkeley Lab, in samenwerking met onderzoekers van UC Berkeley en Evergreen State College. Het onderzoek werd gefinancierd door het microbiologisch programma van het Innovative Genomics Institute en door ENIGMA, een wetenschappelijk focusgebied programma onder leiding van Berkeley Lab en ondersteund door DOE ‘ s Office of Science.
