הנשק של סלמונלה הוא חשף
חיידקים כגון סלמונלה להדביק תאי המארח שלהם על ידי רחבות דמויות מחט שבו הם להצטבר במהלך מתקפה במספרים גדולים. עם שיטות חדשות שפותחות של במיקרוסקופ אלקטרוני cryo- חוקר וינה הצליח לפתור את מבנה מנגנון הדבקה זה בקנה המידה האטומי קרוב תומאס Marlovits. הידע של המתווה המדויקת כדי לעזור בפיתוח תרופות המדכאות את הזיהום.
"שומשום פתוח" לחיידקים
מגפה, טיפוס, כולרה - כמה מהמחלות ההרסניות ביותר נגרמות על ידי חיידקים שיש להם דבר אחד במשותף: יש להם מנגנון זיהום יעיל שכמעט בלתי מנוצח כנשק. כאשר פולשים לתא גוף, הם בונים מספר רב של מבנים דמויי מחט חלולים הבולטים ממעטפת החיידקים. דרך המחטים הללו הם מחדירים חומרי איתות לתאי המארחים, שמתכנתים אותם מחדש ומתגברים על ההגנות שלהם. מכאן ואילך, לפתוגנים יש זמן קל והם יכולים לחדור לתאים בכמות גדולה באין מפריע.
הביוכימאי והביופיזיקאי תומס מרלוביץ, ראש קבוצה במכונים של וינה IMP (מכון המחקר לפתולוגיה מולקולרית) ו-IMBA (המכון לביוטכנולוגיה מולקולרית של האקדמיה האוסטרית למדעים), עוסק כבר כמה שנים במתחם ההדבקה של סלמונלה. כבר בשנת 2006 הוא הצליח לתאר כיצד מתרחש מבנה מכלול המחטים של סלמונלה טיפימוריום (Nature 441, 637-640). כעת הוא והדוקטורנט שלו אוליבר שריידט הצליחו לתאר את המבנה התלת מימדי ברזולוציה גבוהה במיוחד. הצוות הצליח לדמיין פרטים עם ממדים של 5-6 אנגסטרם - כלומר כמעט ממדים אטומיים. העבודה מוצגת בגיליון הנוכחי של מגזין המדע Science.
כפי שנראה, כל כך נהרס
מעולם לא תואר הכלי להדבקה בסלמונלה בדיוק כזה. זה הושג באמצעות שימוש משולב במיקרוסקופ קריו-אלקטרון ברזולוציה גבוהה ובתוכנת הדמיה שפותחה במיוחד. "המיקרוסקופ המגניב ביותר באוסטריה" מאפשר להקפיא דגימות ביולוגיות בהלם במינוס 196 מעלות ולצפות במצב זה ללא שינוי. עם זאת, המדענים נאבקים בבעיה ערמומית כשהם "מתקרבים" לאובייקט שלהם יותר ויותר: אלומת האלקטרונים עתירת האנרגיה נופלת כל כך מרוכזת על הדגימה שהיא נהרסת שוב עם התמונה הראשונה.
החוקרים הוינאים פתרו את הבעיה עם אלגוריתמים של עיבוד תמונה ועם המסה העצומה של תמונות. הם ניתחו כ-37 תמונות של מתחמי מחטים מבודדים. תמונות דומות שולבו וקוזזו זו מול זו; בדרך זו, ניתן להפיק תמונה תלת מימדית חדה אחת מתוך מספר רב של הקלטות רועשות מאוד. כוח המחשוב העצום סופק על ידי אשכול של כ-000 מחשבים מחוברים.
מיקרוסקופיה מבלי להפריע לאנשים
על מנת להשיג את מספר התמונות הרב, המיקרוסקופ עשה חלק מהעבודה באופן אוטומטי במהלך שעות הלילה. יש לזה יתרונות משמעותיים, כי אנשים רק מפריעים. הם נושמים, מדברים ונעים, מרעידים את המיקרוסקופ הרגיש. אפילו מעלית נעה עלולה לגרות את אלומת האלקטרונים.
מיקרוסקופ הקריו-אלקטרון ב-IMP-IMBA הוא היחיד מסוגו באוסטריה. רמת המאמץ הטכני הגבוה הקשור להפעלתו משתלמת לחוקרים. חדירה לטווח התת-ננומטר נתנה להם הזדמנות נוספת לחדד את הממצאים שלהם. הם הצליחו "להתאים" נתונים קיימים שהתקבלו באמצעות קריסטלוגרפיה למבנה המחט, ובכך השלימו בצורה מושלמת את התמונה התלת מימדית. בשיטה ההיברידית הזו, הם הצליחו להבהיר את התוכנית המלאה של מנגנון ההדבקה.
עבור תומס מרלוביץ, הטכנולוגיה מייצגת דחיפה בחדשנות: "באמצעות השיטות שפיתחנו לעבודה שלנו, הצלחנו לבסס את תהליך ה"הדמיה" ברמה גבוהה. אנחנו יכולים להשתמש בתשתית הפנטסטית שיש לנו כאן בקמפוס וינה הביוסנטר עד לגבולותיה."
הממצאים לא רק מקדמים את המחקר הבסיסי, אומר מרלוביץ: "אפשר להעלות על הדעת שעל סמך הנתונים שלנו ניתן לפתח חומר שבונה את עצמו לתוך מכלול המחטים ומשבש את תפקודו. אז תהיה לנו תרופה יעילה מאוד - לא רק נגד סלמונלה, אלא גם נגד פתוגנים אחרים שמשתמשים במערכת הזו, כמו אלה שגורמים לכולרה, מגפה וטיפוס.
עבודה מקורית:
"דגם תלת מימדי של מתחם המחטים של סלמונלה ברזולוציה תת-ננומטרית". אוליבר שרידט ותומס סי מרלוביץ, מדע, 4.3.2011 במרץ, XNUMX.
תומס מרלווביץ
הביוכימאי והביופיזיקאי תומס מרלוביץ מגיע מרכניץ בבורגנלנד. מאז 2005 הוא מנהיג קבוצות משותף של המכונים השותפים IMP ו-IMBA. לפני כן, הוא בילה חמש שנים כחוקר פוסט-דוקטורט באוניברסיטת ייל. מרלוביץ עוסק במבנה ובתפקוד של מכונות מולקולריות והחל ללמוד את מנגנון ההדבקה בסלמונלה בייל, שאותו המשיך ב-IMP-IMBA.
עבודת המחקר של תומס מרלוביץ ממומנת, בין היתר, במסגרת "נקודות מצוינות של וינה" שכותרתה "מרכז ננו-מבנה מולקולרי וסלולרי וינה (CMCN)", בראשות מרלווביץ. יוזמה זו של עיריית וינה תומכת בפרויקטים מחקריים שבהם מעורבים גם חברות וגם מוסדות מדעיים.
IMP - מכון המחקר לפתולוגיה מולקולרית עורך מחקר בסיסי בקבוצת החברות הבינלאומית Boehringer Ingelheim. IMBA - המכון לביוטכנולוגיה מולקולרית הוא מכון מחקר בסיסי של האקדמיה האוסטרית למדעים. שני המכונים ממוקמים בביומרכז קמפוס וינה ומקושרים בשיתוף פעולה מחקרי.
מקור: וינה [ IMBA ]
