Relvade salmonella paljastanud
Bakterid nagu Salmonella nakatada oma peremeesrakkudesse nõelasarnaste laiendusi, mis nad üles ehitada ajal rünnaku suurel hulgal. Äsja väljatöötatud meetodeid krüoelektronmikroskoopia Viin teadlased suutsid lahendada selle struktuur nakkuse aparatuuri lähedal aatomi tasandil Thomas Marlovits. Teadmisi täpne plaan aidata arengus narkootikumide pärssivaid infektsiooni.
"Avatud seesam" bakterite jaoks
Katk, tüüfus, koolera – mõned kõige laastavamad haigused on põhjustatud bakteritest, millel on üks ühine joon: neil on tõhus nakkusaparaat, mis on relvana peaaegu ületamatu. Keharakku tungides loovad nad arvukalt õõnsaid nõelalaadseid struktuure, mis ulatuvad välja bakteriümbrisest. Nende nõelte kaudu süstivad nad signaalaineid peremeesrakkudesse, mis programmeerivad need ümber ja ületavad nende kaitsevõimet. Edaspidi on haigustekitajatel kerge aeg ja nad võivad takistamatult tungida rakkudesse massiliselt.
Biokeemik ja biofüüsik Thomas Marlovits, Viini instituutide IMP (Research Institute for Molecular Pathology) ja IMBA (Austria Teaduste Akadeemia Molekulaarse Biotehnoloogia Instituut) grupijuht, on Salmonella nakkuskompleksiga tegelenud juba mitu aastat. Juba 2006. aastal oskas ta kirjeldada, kuidas toimub Salmonella typhimurium'i nõeltekompleksi struktuur (Nature 441, 637-640). Nüüd on tal koos doktorandi Oliver Schraidtiga õnnestunud kolmemõõtmelist struktuuri ülikõrge eraldusvõimega kujutada. Meeskond suutis visualiseerida detaile 5-6 angströmi mõõtmetega – see on peaaegu aatommõõtmed. Tööd tutvustatakse teadusajakirja Science jooksvas numbris.
Nagu nähtud, nii hävitatud
Kunagi varem pole salmonelloosi nakatumise tööriista kujutatud nii täpselt. See saavutati kõrge eraldusvõimega krüoelektronmikroskoopia ja spetsiaalselt välja töötatud pilditarkvara kombineeritud kasutamisega. "Austria lahedaim mikroskoop" võimaldab bioloogilisi proove külmutada miinus 196 kraadi juures ja vaadelda sellises olekus suures osas muutmata kujul. Teadlased aga maadlevad oma objektile üha enam "sisse suumides" salakavala probleemiga: suure energiaga elektronkiir langeb proovile nii kontsentreeritult, et see hävib uuesti juba esimese pildiga.
Viini teadlased lahendasid probleemi pilditöötlusalgoritmide ja piltide tohutu hulgaga. Nad analüüsisid ligikaudu 37 000 isoleeritud nõelakompleksi pilti. Sarnased pildid ühendati ja nihutati üksteise vastu; sel viisil saab arvukatest väga mürarikastest salvestistest luua ühe terava kolmemõõtmelise pildi. Tohutu arvutusvõimsuse andis umbes 500 omavahel ühendatud arvutist koosnev klaster.
Mikroskoopia inimesi häirimata
Piltide suure hulga saavutamiseks tegi mikroskoop osa tööst öötundidel automaatselt. Sellel on olulisi eeliseid, sest inimesed jäävad ainult teele. Nad hingavad, räägivad ja liiguvad, raputades tundlikku mikroskoopi. Isegi liikuv lift võib elektronkiirt ärritada.
IMP-IMBA krüoelektronmikroskoop on Austrias ainus omataoline. Selle tööga seotud kõrge tehniline pingutus tasub teadlastele ära. Subnanomeetri vahemikku tungimine andis neile veel ühe võimaluse oma leide täpsustada. Nad suutsid olemasolevad kristallograafia abil saadud andmed nõela struktuuri "sobitada", täiendades seeläbi suurepäraselt kolmemõõtmelist pilti. Selle hübriidmeetodiga õnnestus neil selgitada välja nakkusaparaadi täielik plaan.
Thomas Marlovitsi jaoks kujutab tehnoloogia endast tõuget innovatsioonile: „Oma töö jaoks välja töötatud meetoditega oleme suutnud „pildistamise“ protsessi kõrgel tasemel luua. Saame kasutada ära fantastilist infrastruktuuri, mis meil siin Campus Vienna Biocenteris on.
Leiud ei edenda mitte ainult alusuuringuid, ütleb Marlovits: "On mõeldav, et meie andmete põhjal saab välja töötada aine, mis ehitab end nõelakompleksi ja häirib selle funktsiooni. Siis oleks meil väga tõhus ravim – mitte ainult salmonella, vaid ka teiste seda süsteemi kasutavate patogeenide, näiteks koolera, katku ja tüüfuse tekitajate vastu.
Original tööd:
"Salmonella nõelakompleksi kolmemõõtmeline mudel subnanomeetri eraldusvõimega". Oliver Schraidt & Thomas C. Marlovits, Teadus, 4.3.2011. märts XNUMX.
Thomas Marlovits
Biokeemik ja biofüüsik Thomas Marlovits on pärit Burgenlandist Rechnitzist. Alates 2005. aastast on ta partnerinstituutide IMP ja IMBA ühisrühma juht. Enne seda töötas ta viis aastat Yale'i ülikoolis järeldoktorandina. Marlovits tegeleb molekulaarmasinate ehituse ja funktsioonidega ning alustas Salmonella nakkuse aparatuuri uurimist Yale’is, mida jätkas IMP-IMBA-s.
Thomas Marlovitsi uurimistööd rahastatakse muuhulgas Marlovitsi juhitava "Vienna Spots of Excellence" raames pealkirjaga "Center of Molecular and Cellular Nanostructure Vienna (CMCN)". See Viini linna algatus toetab uurimisprojekte, milles osalevad nii ettevõtted kui ka teadusasutused.
IMP – Research Institute for Molecular Pathology teeb alusuuringuid rahvusvahelises ettevõtete grupis Boehringer Ingelheim. IMBA − Molekulaarse Biotehnoloogia Instituut on Austria Teaduste Akadeemia alusuuringute instituut. Need kaks instituuti asuvad ülikoolilinnakus Viini biokeskuses ja neid seob teaduskoostöö.
Allikas: Viin [ IMBA ]
