Mysterieuze molecule maakt dodelijke virussen wakker

Mysterieuze molecule maakt dodelijke virussen wakker
Mysterieuze molecule maakt dodelijke virussen wakker
Anonim

Sommige darmbacteriën hebben een superkracht - ze kunnen sluimerende virussen die op de loer liggen in andere microben, reanimeren.

"Dit virale ontwaken ontketent complete infecties die virusdragende cellen vernietigen", zegt het laboratorium van het Howard Hughes Medical Institute. Het onderzoek van Emily Balskus werd op 23 februari 2022 gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Een mysterieus molecuul genaamd colibactine kan dodelijke virussen uit een slapende toestand wekken.

"Microben genereren vaak schadelijke verbindingen, maar onder deze chemische wapens lijkt colibactine ongebruikelijk", zegt Emily Balskus, een chemisch bioloog aan de Harvard University. Ze legt uit dat colibactine de doelorganismen niet direct doodt, maar in plaats daarvan microbiële cellen verandert, waardoor latente en dodelijke virussen worden geactiveerd die verborgen zijn in het genoom van sommige bacteriën.

Mensen hebben lang de krachtige verbindingen bestudeerd die microben produceren. "We weten veel over hun chemische eigenschappen, zuiveren ze in het laboratorium en gebruiken ze als medicijn, ook in de vorm van antibiotica", zegt Breck Duerkop, die bacteriële virussen bestudeert aan de University of Colorado School of Medicine.

Wetenschappers weten al jaren dat colibactine schade kan aanrichten aan menselijke cellen. Onderzoek door Balskus en vele anderen heeft aangetoond dat de verbinding DNA beschadigt, wat kan leiden tot darmkanker. Maar het leggen van het verband tussen deze verbinding en de ziekte bleek een interessant proces.

In 2006 meldde een Frans team dat zoogdiercellen die de darmbacterie E. coli tegenkwamen, dodelijke schade aan hun DNA hadden opgelopen. De onderzoekers koppelden deze schade aan een cluster van E.coli-genen die coderen voor machines voor het bouwen van een complex molecuul dat colibactine wordt genoemd. Het is buitengewoon moeilijk te bestuderen omdat wetenschappers het niet hebben kunnen isoleren van E.coli die het produceren.

De afgelopen 10 jaar heeft het team van Dr. Emily Balskus onderzoek gedaan naar colibactine door de microbiële machinerie te bestuderen die het produceert. Ze waren in staat om de structuur van colibactine te isoleren en ontdekten dat het DNA beschadigt door de verkeerde bindingen in de dubbele helix te vormen. Als aanvulling op dit werk ontdekten andere wetenschappers een definitief verband met kanker: de kenmerkende vingerafdrukken van het molecuul verschenen in genen waarvan bekend is dat ze de groei van colorectale tumoren stimuleren.

Image
Image

Emily Balskus

Balskus' onderzoek naar het colibactinemolecuul ging door tijdens de COVID-19-pandemie. Net als veel andere laboratoria moest de hare dingen herschikken om fysiek contact tussen onderzoekers te verminderen. Als onderdeel van de shuffle werkten Dr. Justin Silpe en afgestudeerde student Joel Wong voor het eerst samen en bespraken ze hoe colibactine andere microben in de darm beïnvloedt.

In het begin wisten Silpe en Wong niet zeker of colibactine, zo'n groot en onstabiel molecuul, zelfs maar bacteriële cellen zou kunnen binnendringen om hun DNA te beschadigen. Vervolgens veronderstelden ze dat een derde partij, virussen die bacteriën infecteren, erbij betrokken zou kunnen zijn. Deze virussen kunnen zich nestelen in het DNA van bacteriën en stilletjes op de loer liggen. Eenmaal geactiveerd, veroorzaken ze een infectie die de cel als een mijn tot ontploffing brengt.

Toen de onderzoekers de productie van colibactine verhoogden, samen met bacteriën die latente virussen dragen, ontdekten ze dat het aantal virusdeeltjes toenam en de groei van veel virusbevattende bacteriën afnam. Dit suggereert dat het molecuul een instroom van actief, celinfecties dodend. Colibactine drong wel de bacteriën binnen en beschadigde hun DNA. Deze schade is als een cellulaire wake-up call voor virussen.

Veel van de microben leken toegerust om zichzelf te beschermen tegen colibactine.

Balskus' lab identificeerde een resistentiegen dat codeert voor een eiwit dat de verbinding neutraliseert in een grote verscheidenheid aan bacteriën. Hoewel colibactine duidelijk een gevaarlijke kant heeft, kan het als meer dan alleen een dodelijk wapen dienen. Zowel DNA-schade als ontwaakte virussen kunnen bijvoorbeeld ook genetische veranderingen veroorzaken in plaats van de dood in naburige bacteriën, wat mogelijk gunstig is voor producenten van colibactine.

De bevindingen van Balskus' team suggereren dat kanker bijkomende schade kan zijn veroorzaakt door colibactine-producerende bacteriën. "We hebben altijd vermoed dat bacteriën dit toxine produceerden om zich op de een of andere manier op andere bacteriën te richten. Het was evolutionair niet logisch dat ze het hebben verkregen om zich op menselijke cellen te richten, "voegt ze eraan toe.

Balskus is van plan te onderzoeken hoe de verbinding de gemeenschap van microben in de darm verandert, die verdwijnen en gedijen na blootstelling aan het molecuul.

“De sleutel tot het voorkomen van kanker kan liggen in het begrijpen van de effecten die colibactine heeft op de microbiële gemeenschap en hoe de productie ervan wordt gecontroleerd”, meent de wetenschapper.

Aanbevolen: