en falsk färgöverföringselektronmikrograf av flera bakteriofager kopplade till en bakteriell cellvägg. Credit: Wikimedia Commons
ett nytt genetiskt tillvägagångssätt kan påskynda studien av phage-microbe interaktioner med konsekvenser för hälsa, jordbruk och klimat.
forskare söker ständigt efter nya och förbättrade sätt att hantera bakterier, vare sig det gäller att eliminera sjukdomsframkallande stammar eller att modifiera potentiellt fördelaktiga stammar., Och trots de många smarta droger och genteknik Verktyg människor har uppfunnit för dessa uppgifter, dessa metoder kan verka klumpig jämfört med de finstämda attacker som fager – virus som infekterar bakterier.
fager, liksom andra parasiter, utvecklas ständigt sätt att rikta och utnyttja deras specifika värdbakteriestam, och i sin tur utvecklas bakterierna ständigt för att undvika fagerna., Dessa eviga strider för överlevnad ger otroligt olika molekylära arsenaler som forskare kliar för att studera, men det kan vara tråkigt och arbetsintensivt.
för att få insikt i dessa defensiva strategier har ett team som leds av Berkeley Lab-forskare just utvecklat en effektiv och billig ny metod. Som rapporterats i PLOS Biologi, laget visade att en kombination av tre tekniker kan avslöja vilka bakteriereceptorer fager utnyttjar för att infektera cellen, liksom vilka cellulära mekanismer bakterierna använder för att svara på en faginfektion.,
”trots nästan ett sekel av molekylärt arbete är de underliggande mekanismerna för phage-host-interaktioner endast kända för några par, där värden är en välstuderad modellorganism som kan odlas i ett labb”, säger motsvarande författare Vivek Mutalik, en forskare i Berkeley Labs Miljögenomik och systembiologi (EGSB) Division. ”Fager representerar emellertid de mest rikliga biologiska enheterna på jorden, och på grund av deras inverkan på bakterier är de viktiga drivkrafter för miljönäringscykler, jordbruksproduktion och människors och djurs hälsa., Det har blivit absolut nödvändigt att få mer grundläggande kunskaper om dessa interaktioner för att bättre förstå planetens mikrobiom och att utveckla nya läkemedel, såsom bakteriebaserade vacciner eller fagcocktails för att behandla antibiotikaresistenta infektioner.”
lyser ett ljus på”dark matter”
teamets tredelade tillvägagångssätt, kallat barcoded loss-of-function och gain-of-function-bibliotek, använder den etablerade tekniken för att skapa gen deletioner och också öka genuttrycket för att identifiera vilka gener bakterierna använder för att undvika fagerna., Denna information berättar också forskarna vilka receptorer fagerna riktar sig utan att behöva analysera fagernas genom. (Men forskarna planerar att anpassa tekniken för användning på virus i framtiden, för att lära sig ännu mer om deras funktion.)
Mutalik och hans kollegor testade sin metod på två stammar av E. coli som är kända för att vara riktade mot 14 genetiskt olika fager., Deras resultat bekräftade att metoden fungerar smidigt genom att snabbt avslöja samma svit av fagreceptorer som tidigare identifierats genom årtionden av forskning, och gav också nya träffar som saknades i tidigare studier.
en konstnärlig rendering av fager. Kredit: Antara Mutalik
enligt Mutalik kan tillvägagångssättet också skalas upp för att samtidigt utvärdera FAG-relationer för hundratals bakterier som samplas från olika miljöer., Detta kommer att göra det mycket lättare för forskare att studera planetens biologiska ”mörka materia”, som hänvisar till de obotliga och därför dåligt förstådda mikroorganismerna som finns i många miljöer. Faktum är att det uppskattas att 99% av alla levande mikroorganismer inte kan odlas i ett labb.
teamets tillvägagångssätt utgör också en möjlighet att standardisera genetiska resurser som används i fagforskning, vilket alltid har varit en Ad hoc-och mycket varierande process, och skapa delbara reagens och dataset.,
”Roll fager är en enorm” känd-okänd, ” som vi vet att det finns fager överallt, men knappast vet något mer. Till exempel förstår vi mindre än 10% av generna kodade i tidigare sekvenserade faggenom, säger Mutalik. ”Nu när vi äntligen har ett strömlinjeformat verktyg för att titta på fager finns det många spännande frågor som vi kan börja svara på och en möjlighet att göra skillnad i världen.,”
Detta arbete leddes av Mutalik och kolleger EGSB forskare Adam Arkin och Adam Deutschbauer på Berkeley Lab, i samarbete med forskare vid UC Berkeley och Evergreen State College. Forskningen har finansierats av Mikrobiologi program för Innovativa Genomics Institute och av ENIGMA, en Vetenskaplig Inriktning där programmet som leds av Berkeley Lab) och stöds av DOE ’ s Office of Science.
