Wie Bakterien Faser im Darm haften

Cellulose ist ein wichtiges Baustein der Wand Pflanzenzelle, bestehend aus Molekülen miteinander verknüpfen in feste Fasern. Für den Menschen, Cellulose ist unverdaulich, und die Mehrheit der Darmbakterien fehlen die Enzyme Cellulose abzubauen erforderlich.

Jedoch kürzlich genetisches Material aus dem celluloseabbau Bakterium R. champanellensis wurde in menschlichen Darmproben nachgewiesen. Bakterielle Besiedlung des Darms ist von wesentlicher Bedeutung für die menschliche Physiologie, und das Verständnis, wie Darmbakterien an Cellulose haften erweitert unser Wissen über die microbiome und ihre Beziehung zur menschlichen Gesundheit.

Das Bakterium zu untersuch verwendet ein kompliziertes Netzwerk von Gerüstproteinen und Enzymen auf der äußeren Zellwand, bezeichnet als ein cellulosome Netzwerk, zu degradieren und Cellulosefasern zu befestigen. Diese cellulosome Netzwerke werden durch Familien von interagierenden Proteinen statt.

Von besonderem Interesse ist die cohesin-dockerin Interaktion verantwortlich für das cellulosome Netzwerk an die Zellwand zu verankern. Diese Interaktion braucht Scherkräfte im Körper zu widerstehen, Faser zu haften. Diese lebenswichtige Funktion, um die Forscher motiviert genauer zu untersuchen, wie der Komplex reagiert auf mechanische Kräfte zu verankern.

eine Kombination von Einzelmolekülrasterkraftmikroskopie, Einzelmolekül-Fluoreszenz und Molekulardynamik-Simulationen, Professor Michael Nash von der Universität Basel und der ETH Zürich zusammen mit Mitarbeitern von der LMU München und der Auburn University untersucht, wie die komplexen Resists äußere Kraft durch die Verwendung.

Zwei Bindungsmodi ermöglichen Bakterien zu haften an Oberflächen unter Strömungs

Sie konnten zeigen, dass der Komplex eine seltene Verhalten dualen Bindungsmodus genannt wird, wobei die Proteine ​​einen Komplex auf zwei verschiedenen Arten bilden. Die Forscher fanden heraus, dass die beiden Bindungsarten haben sehr unterschiedliche mechanische Eigenschaften, mit einem Bruch bei geringen Kräften von etwa 200 piconewtons und das andere eine wesentlich höhere Stabilität aufweisen nur bei 600 piconewtons Kraft zu brechen.

Weitere Analysen zeigten, dass die Protein-Komplex zeigt ein Verhalten, eine als „catch-Bindung“, was bedeutet, dass die Protein-Wechselwirkung stärker wird als Kraft wird aufgestockt. Die Dynamik dieser Wechselwirkung wird angenommen, dass die Bakterien erlauben, Cellulose unter Scherbeanspruchung und lassen den Komplex in Reaktion auf neue Substrate oder erkunden neue Umgebungen zu haften.

„Wir klar die dualen Bindungsart beobachten, sondern nur auf ihrer biologischen Bedeutung spekulieren. Wir glauben, dass die Bakterien den Bindungsmodus bevorzugt durch Modifizierung der Proteine ​​steuern könnten. Dies wird von einem niedrigen Schalte hohen Haftungszustand erlauben würde abhängig von der Umgebung“ Professor Nash erklärt.

Durch Aufschluss über diesen natürlichen Haftmechanismus, stellten diese Ergebnisse die Grundlage für die Entwicklung von künstlichen molekularen Mechanismen, die ein ähnliches Verhalten zeigen, sondern bindet an Krankheitsziele. Solche Materialien haben Anwendungen in der medizinischen Sekundenklebern biobasiertem könnte oder scher verbessert im Inneren des Körpers Bindung von therapeutischen Nanopartikeln. „Im Moment sind wir aufgeregt ins Labor zurück und sehen, was klebt“, sagt Nash.

Quelle: University of Basel. "How bacteria adhere to fiber in the gut: Molecular mechanics of bacterial superglue." ScienceDaily. ScienceDaily, 28 August 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200828115357.htm>.