Armele Salmonellei au fost expuse

Bacteriile precum Salmonella își infectează celulele gazdă prin extensii asemănătoare acului, pe care le acumulează în număr mare în timpul unui atac. Cu metode nou dezvoltate de microscopie crio-electronică, cercetătorii vienezi conduși de Thomas Marlovits au reușit să rezolve structura acestui aparat de infecție la un nivel aproape atomic. Cunoașterea planului exact ar trebui să ajute la dezvoltarea medicamentelor care previn infecția.

„Deschide susan” pentru bacterii

Ciuma, tifosul, holera – unele dintre cele mai devastatoare boli sunt cauzate de bacterii care au un lucru în comun: au un aparat eficient de infectare care este aproape imbatabil ca armă. Când invadează o celulă a corpului, ei construiesc numeroase structuri goale asemănătoare unui ac care ies din învelișul bacterian. Prin aceste ace, ei injectează substanțe semnalizatoare în celulele gazdă, care le reprogramează și le depășesc apărările. De atunci, agenții patogeni au un timp ușor și pot pătrunde în celule în număr mare nestingheriți.

Biochimistul și biofizicianul Thomas Marlovits, lider de grup la institutele din Viena IMP (Institutul de Cercetare pentru Patologie Moleculară) și IMBA (Institutul de Biotehnologie Moleculară al Academiei Austriace de Științe), se ocupă de mai mulți ani de complexul de infecție cu Salmonella. Deja în 2006 a putut descrie modul în care are loc structura complexului de ac de Salmonella typhimurium (Nature 441, 637-640). Acum, el și doctorandul Oliver Schraidt au reușit să înfățișeze structura tridimensională la o rezoluție extrem de mare. Echipa a reușit să vizualizeze detalii cu dimensiuni de 5-6 angstromi - adică dimensiuni aproape atomice. Lucrarea este prezentată în numărul actual al revistei de știință Science.

Așa cum se vede, atât de distrus

Niciodată până acum instrumentul de infectare cu salmonella nu a fost descris cu atâta precizie. Acest lucru a fost realizat prin utilizarea combinată a microscopiei crio-electronice de înaltă rezoluție și a software-ului de imagistică special dezvoltat. „Cel mai tare microscop din Austria” permite ca probele biologice să fie înghețate la șoc la minus 196 de grade și vizualizate în această stare în mare parte nemodificate. Cu toate acestea, oamenii de știință se confruntă cu o problemă insidioasă pe măsură ce „măresc” obiectul lor din ce în ce mai mult: fasciculul de electroni de înaltă energie cade atât de concentrat pe eșantion încât este distrus din nou cu prima imagine.

Cercetătorii vienezi au rezolvat problema cu algoritmi de procesare a imaginilor și cu masa mare de imagini. Ei au analizat aproximativ 37 de imagini ale complexelor de ace izolate. Imagini similare au fost combinate și compensate unele față de altele; în acest fel, o singură imagine tridimensională clară poate fi generată din numeroase înregistrări foarte zgomotoase. Puterea enormă de calcul a fost furnizată de un grup de aproximativ 000 de computere interconectate.

Microscopie fără a deranja oamenii

Pentru a obține numărul mare de imagini, microscopul a făcut o parte din muncă automat în timpul orelor de noapte. Acest lucru are avantaje semnificative, deoarece oamenii doar stau în cale. Ei respiră, vorbesc și se mișcă, scuturând microscopul sensibil. Chiar și un lift în mișcare poate irita fasciculul de electroni.

Microscopul crio-electron de la IMP-IMBA este singurul de acest fel din Austria. Nivelul ridicat al efortului tehnic asociat cu funcționarea acestuia dă roade pentru cercetători. Pătrunderea în domeniul subnanometrului le-a oferit o altă oportunitate de a-și rafina descoperirile. Ei au reușit să „adapte” datele existente obținute prin cristalografie în structura acului, completând astfel perfect imaginea tridimensională. Cu această metodă hibridă, ei au reușit să elucideze planul complet al aparatului de infecție.

Pentru Thomas Marlovits, tehnologia reprezintă un impuls în inovație: „Cu metodele pe care le-am dezvoltat pentru munca noastră, am reușit să stabilim procesul de „imaging” la un nivel înalt. Putem folosi infrastructura fantastică pe care o avem aici, la Campus Vienna Biocenter, până la limita ei.”

Descoperirile nu numai că avansează cercetarea de bază, spune Marlovits: „Este de imaginat că, pe baza datelor noastre, poate fi dezvoltată o substanță care se integrează în complexul acului și îi perturbă funcția. Atunci am avea un medicament foarte eficient – ​​nu numai împotriva salmonelei, ci și împotriva altor agenți patogeni care folosesc acest sistem, cum ar fi cei care provoacă holera, ciuma și tifoidul.”

Lucrare originală:

„Model tridimensional al complexului de ac Salmonella la rezoluție subnanometru”. Oliver Schraidt & Thomas C. Marlovits, Science, 4.3.2011 martie XNUMX.

Thomas Marlovits

Biochimistul și biofizicianul Thomas Marlovits provine din Rechnitz din Burgenland. Din 2005 este lider de grup comun al institutelor partenere IMP și IMBA. Înainte de aceasta, a petrecut cinci ani ca cercetător postdoctoral la Universitatea Yale. Marlovits se ocupă de structura și funcția mașinilor moleculare și a început să studieze aparatul de infecție cu Salmonella la Yale, pe care l-a continuat la IMP-IMBA.

Activitatea de cercetare a lui Thomas Marlovits este finanțată, printre altele, ca parte a unui „Vienna Spots of Excellence” intitulat „Center of Molecular and Cellular Nanostructure Vienna (CMCN)”, pe care Marlovits îl conduce. Această inițiativă a orașului Viena sprijină proiecte de cercetare în care sunt implicate atât companii, cât și instituții științifice.

IMP - Institutul de Cercetare pentru Patologie Moleculară desfășoară cercetări de bază în grupul internațional de companii Boehringer Ingelheim. IMBA − Institutul de Biotehnologie Moleculară este un institut de cercetare de bază al Academiei Austriace de Științe. Cele două institute sunt situate la Campus Vienna Biocenter și sunt legate printr-o cooperare de cercetare.

Sursa: Viena [ IMBA ]