Como as bactérias aderir a fibra no intestino

A celulose é um bloco de construção principais das paredes celulares de plantas, que consiste em moléculas ligadas entre si em fibras sidas. Para os humanos, a celulose é indigestível, e a maioria das bactérias intestinais possuem as enzimas necessárias para decompor a celulose.

No entanto, o material genético recentemente a partir da celulose-degradantes bactéria R. champanellensis foi detectado em amostras de intestino humano. A colonização bacteriana do intestino é essencial para a fisiologia humana, e entender como as bactérias do intestino aderir a celulose amplia nosso conhecimento do microbioma e sua relação com a saúde humana.

A bactéria sob investigação utiliza uma rede intrincada de proteínas estruturais e enzimas sobre a parede celular externa, referidos como uma rede celulossoma, para anexar a fibras de celulose e degradar-se. Estas redes celulossoma são mantidos juntos por famílias de proteínas que interagem.

De particular interesse é a interacção cohesin-dockerin responsável pela ancoragem à rede celulossoma à parede da célula. Esta interacção tem de resistir a forças de corte no corpo de aderir a fibra. Este recurso vital motivou os pesquisadores a investigar mais detalhadamente como a ancoragem responde complexos a forças mecânicas.

Usando uma combinação de microscopia single-molécula de força atômica, fluorescência e simulações de dinâmica molecular single-molécula, Professor Michael Nash, da Universidade de Basel e ETH Zurich, juntamente com colaboradores da LMU Munique e Auburn University estudaram como os resiste complexos força externa.

Dois modos de ligação permitem que as bactérias de aderir a superfícies sob fluxo

Eles foram capazes de mostrar que as exposições complexas um comportamento raro chamado modo de ligao dupla, em que as proteínas formam um complexo de duas maneiras distintas. Os investigadores descobriram que os dois modos de ligao tem muito diferentes propriedades mecânicas, com um quebra a baixas forças de cerca de 200 piconewtons e o outro que exibem uma estabilidade muito mais elevada quebra-se apenas com 600 piconewtons de força.

Outras análises mostraram que a proteína exibe um comportamento complexos chamado uma "ligação de captura", o que significa que a interacção da proteína torna-se mais forte como a força é incrementada. Acredita a dinâmica desta interacção para permitir que as bactérias de aderirem a celulose sob tensão de cisalhamento e libertar o complexo em resposta a novos substratos ou para explorar novos ambientes.

"Nós claramente observar os modos de ligação dupla, mas apenas podemos especular sobre a sua importância biológica. Nós pensamos que a bactéria pode controlar a preferência modo de ligao, modificando as proteínas. Isto iria permitir a passagem de um baixo para o estado de alta aderência, dependendo do meio ambiente," Professor Nash explica.

Por esclarecer este mecanismo de adesão natural, estas descobertas definir a fase para o desenvolvimento de mecanismos moleculares artificiais que exibem um comportamento semelhante, mas ligam-se a alvos de doen. Tais materiais poderiam ter aplicações em supercolas médicas de base biológica ou cisalhamento-ligação aumentada de nanopartículas terapêuticas no interior do corpo. "Por enquanto, estamos animado para voltar para o laboratório e ver o que pega", diz Nash.

fonte: 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>.