Sygnalizacja powłoki krabów pomaga kontrolować wiele twarzy cholery, wynika z badań

Pokaz zastosowania lancy gaśniczej MK-700-A/52 (Lipiec 2019).

Anonim

Według danych Światowej Organizacji Zdrowia, cholera jest wśród ludzi najbardziej śmiertelnymi chorobami, zabijając aż 140 000 osób rocznie. Jednak w środowisku wodnym z dala od ludzi ta sama bakteria atakuje sąsiednie mikroorganizmy toksyczną włócznią - i często kradnie DNA z innych mikroorganizmów, aby rozszerzyć swoje możliwości.

Nowe badanie ponad 50 próbek Vibrio cholerae wyizolowanych od pacjentów i środowiska pokazuje różnorodność i zaradność organizmu. W środowisku bakteria cholery jest powszechnie uznawana za związaną z chityną, złożonym cukrem używanym przez wodne stworzenia, takie jak kraby i zooplankton, do tworzenia ochronnych skorup. W naturze, większość szczepów cholery może degradować skorupki do użytku jako żywność, a nowe badania wykazały, że obecność chityny może sygnalizować bakteriom - które mają receptory dla materiału - wytwarzanie zachowań bardzo odmiennych od tych obserwowanych u ludzi.

Spośród badanych szczepów cholery, mniej niż jedna czwarta mogła pobrać DNA z innych źródeł. Prawie wszystkie próbki pobrane ze środowiska były w stanie zabić inne bakterie - zjawisko zwane "pojedynkowaniem bakteryjnym" - ale tylko 14 procent szczepów bakterii patogenów izolowanych od ludzi miało tę zdolność.

"To świat psiego psa, nawet dla bakterii" - powiedział Brian Hammer, profesor nadzwyczajny w School of Biology w Georgia Institute of Technology. "Bakterie takie jak Vibrio cholerae wyczuwają i reagują na otoczenie i wykorzystują te informacje do włączania i wyłączania genów, które przynoszą im korzyści w specyficznych środowiskach, w których się znajdują."

Badania, wspierane przez National Science Foundation oraz Fundację Gordona i Betty Moore, dostarczają informacji, które mogą doprowadzić do opracowania lepszych środków terapeutycznych przeciwko chorobie, które występują w gęsto zaludnionych obszarach o ograniczonej kanalizacji i czystej wodzie. Badania przeprowadzono przy pomocy Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorób (CDC) i odnotowano w Internecie 4 marca w czasopiśmie Applied and Environmental Microbiology.

U ludzi bakterie cholery wywołują biegunkę, która może zabić nieleczonych pacjentów w ciągu zaledwie kilku godzin. Śmiertelne skutki choroby są jednak spowodowane przez wirusa, który infekuje szczepy Vibrio cholerae występujące u ludzi. Toksyna przenoszona przez wirus pomaga w rozprzestrzenianiu się choroby wśród ludzi, ale szczepy cholery szybko tracą wirusa i adaptują inne konkurencyjne mechanizmy w środowisku.

Aby zbadać, jak cholera reguluje te adaptacje, absolwent Georgia Tech Eryn Bernardy uzyskał prawie 100 próbek bakterii cholery pochodzących z różnych źródeł na całym świecie, w tym jeden wyizolowany z wybuchu choroby w Arabii Saudyjskiej w 1910 roku. Następnie przebadała 53 próbki pod kątem ich zdolności do (1) degradacji chityny, (2) pobrania DNA z otoczenia i (3) zabicia innych bakterii poprzez wywiercenie ich zatrutą włócznią.

Kolonie każdego szczepu hodowano na płytkach Petriego zawierających materiał chityny. Szczepy zdolne do strawienia materiału wytworzyły klarowny pierścień wykazujący, że rozbił chitynę w pożywce wzrostowej agaru. Tylko trzy kolonie cholery nie degradowały chityny.

Aby zbadać ich zdolność do wychwytywania DNA, komórki bakterii hodowano na skorupach krabów, następnie eksponowano na surowy DNA zawierający gen oporności na antybiotyki. Komórki zeskrobano z muszli i umieszczono na płytkach agarowych zawierających antybiotyk, który normalnie zabijałby bakterie. Kolonie, które przeżyły, wykazały, że pobrały materiał genetyczny.

Aby zbadać ich zdolność do konkurowania z innymi bakteriami, każdy szczep cholery został zetknięty z około miliardem komórek E. coli na płytkach Petriego. Po kilku godzinach kontaktu naukowcy zliczali liczbę pozostałych E. coli. Niektóre szczepy cholery były w stanie zabić prawie wszystkie komórki E. coli, redukując ich liczbę do kilkuset tysięcy.

"Stwierdziliśmy bardzo wyraźną różnicę między izolatami klinicznymi a izolatami środowiskowymi" - powiedział Hammer. "Na przykład, większość izolatów, które wyłoniły się z pacjentów, nie mogła zabić innych bakterii lub starannie kontrolować to zachowanie. Izolaty pacjentów mają bardzo odmienny sposób konkurowania z ludzkim ciałem. wywołać biegunkę i usunąć ich konkurentów z jelita. "

Przy pomocy naukowców z CDC badacze skorelowali zachowanie każdego szczepu z ich unikalnymi sekwencjami DNA. Przebadali również szczepy pod kątem obecności toksyny stosowanej do wywoływania choroby.

Aby wydedukować zasady regulujące zachowanie bakterii, Hammer i jego laboratorium badali cholerę przez ostatnie 15 lat, poczynając od pojedynczego szczepu wyizolowanego najpierw w Peru na początku lat dziewięćdziesiątych. Kiedy wybuchła epidemia cholery na Haiti po trzęsieniu ziemi w 2010 roku, jego laboratorium pracowało z CDC nad wyizolowaniem tych nowych szczepów. W dalszych badaniach Hammer z zaskoczeniem odkrył, że szczepy haitańskie z 2010 r. Były mniej zdolne niż odmiany peruwiańskie z 1991 r.

"Byliśmy bardzo zaskoczeni, gdy stwierdziliśmy, że większość szczepów Haiti nie zachowywała się tak jak ta, którą studiowaliśmy od lat" - powiedział. "Było dla nas przypomnieniem, że musimy zaakceptować różnorodność badanych przez nas organizmów." Myśleliśmy, że nadszedł właściwy czas, by przyjrzeć się, jak bardzo zróżnicowany jest Vibrio cholerae. "

Hammer porównał różnorodność szczepów cholery z różnorodnością ludzi, którzy coraz częściej otrzymują spersonalizowaną opiekę zdrowotną.

"U ludzi jeden rozmiar nie nadaje się do opieki nad pacjentem" - powiedział. "W przypadku choler, zachowanie jest spersonalizowane dla każdego szczepu. Zrozumienie tego będzie przydatne w opracowywaniu przyszłych terapii i mamy nadzieję, że wiedza o tym, jak te bakterie wchodzą w interakcję z innymi organizmami w złożonych społecznościach doprowadzi nas do rzeczy, które mogą naprawdę przynieść korzyści. ludzie. "

menu
menu