Taramalı elektron mikrografı, çok daha büyük hücrelerin yüzeyinde büyüyen küçük mor Patescibacteria hücrelerini gösteriyor. Joseph Mougous’un Seattle’daki UW Medicine’deki laboratuvarı tarafından yürütülen yeni araştırma, onların yaşam döngülerini, genlerini ve sıra dışı yaşam tarzlarının arkasında olabilecek bazı moleküler mekanizmaları ortaya koyuyor. Bu epibiyotik bakteriler Southlakia epibionticum’dur. Katkıda bulunanlar: Yaxi Wang, Wai Pang Chan ve Scott Braswell/Washington Üniversitesi
Bilim insanları, daha büyük bakterilerin yüzeyinde yaşayan küçük bakterilerin alışılmadık yaşam tarzı için gerekli olan genleri ortaya çıkarıyor.
{8 }Patessibakteriler, yakalanması zor hayatta kalma yöntemlerine sahip, çok küçük mikroplardan oluşan gizemli bir gruptur. Bilim insanları bu türlerden yalnızca bir avuç kadarını yetiştirebilse de, bunlar pek çok ortamda bulunan çeşitli bir ailenin parçasıdır.
Araştırmacıların laboratuvarda yetiştirebildiği az sayıdaki Patescibacteria türü, daha büyük başka bir türün hücre yüzeylerinde bulunur. konakçı mikrop. Patessibakteriler genel olarak proteinleri oluşturan amino asitler, zarları oluşturan yağ asitleri ve DNA’daki nükleotidler gibi yaşam için gerekli birçok molekülü yapmak için gerekli genlerden yoksundur. Bu durum, araştırmacıları çoğunun büyümek için diğer bakterilere güvendiği yönünde spekülasyon yapmaya yöneltti.
Yakın zamanda Cell’de yayınlanan bir araştırmada araştırmacılar, olağandışı Patescibacteria yaşam tarzının ardındaki moleküler mekanizmalara ilk bakışı sunuyor. Bu atılım, bu bakterileri genetik olarak manipüle etmenin bir yolunun keşfedilmesiyle mümkün oldu; bu, olası yeni araştırma yönleri dünyasının kapısını açan bir ilerlemedir.
“Metagenomik ise bize hangi mikropların vücudumuzda ve içinde yaşadığını söyleyebilir. , DNA dizileri tek başına bize, özellikle daha önce hiç karakterize edilmemiş organizmalar için, yararlı veya zararlı faaliyetleri hakkında fikir vermez, “dedi Seattle’daki Sistem Biyolojisi Enstitüsü’nden Nitin S. Baliga, birçok hesaplama ve sistem analizine katkıda bulundu. çalışma.
Epibiyotik bakteri araştırmacısı Larry A. Gallagher, Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi’ndeki mikrobiyoloji laboratuvarında mikroskopta. Katkıda bulunan: S. Brook Peterson/Washington Üniversitesi
“Patescibacteria’yı genetik olarak bozma yeteneği, zorunlu epibiyontların benzersiz biyolojisini hızlı bir şekilde karakterize etmek için güçlü bir sistem analizi merceğinin uygulanması olasılığının önünü açıyor” diye ekledi , hayatta kalmak için başka bir organizma üzerinde yaşaması gereken organizmalarla ilgili olarak.
Joseph Mougous’un Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi Mikrobiyoloji Bölümü’ndeki laboratuvarı ve Howard Hughes Medical’in başkanlığını yaptığı çalışmanın arkasındaki ekipler Enstitü, Patescibacteria’yla çeşitli nedenlerden dolayı ilgileniyordu.
Bunlar, çevresel kaynaklardan tür bakımından zengin mikrobiyal topluluklarda bulunan genomların büyük ölçekli genetik analizlerinde DNA dizileri ortaya çıkan, yeterince anlaşılmamış birçok bakteri arasında yer alıyor. Bu genetik materyale “mikrobiyal karanlık madde” adı verilir çünkü kodladığı işlevler hakkında çok az şey bilinmektedir.
Cell’e göre, mikrobiyal karanlık maddenin potansiyel biyoteknoloji uygulamalarına sahip biyokimyasal yollar hakkında bilgi içermesi muhtemeldir. Aynı zamanda mikrobiyal ekosistemi destekleyen moleküler aktivitelerin yanı sıra bu sistemde toplanan çeşitli mikrobiyal türlerin hücre biyolojisine dair ipuçları da içerir.
Bu son araştırmada analiz edilen Patescibacteria grubu, Saccharibacteria’ya aittir. . Bunlar çeşitli kara ve su ortamlarında yaşarlar ancak en çok insan ağzında yaşamalarıyla tanınırlar. Bunlar, en azından Orta Taş Devri’nden bu yana insanın ağız mikrobiyomunun bir parçası olmuş ve insanın ağız sağlığıyla ilişkilendirilmiştir.
İnsan ağzında, Saccharibakteriler, konakçı görevi gören Actinobacteria’ların birlikteliğine ihtiyaç duyar. Araştırmacılar, Saccharibacteria’nın konakçılarıyla ilişki kurmak için kullandığı mekanizmaları daha iyi anlamak amacıyla, bir Saccharibacterium’un büyümesi için gerekli olan tüm genleri tanımlamak amacıyla genetik manipülasyon kullandı.
Yaxi Wang, epibiyotik bakteri araştırmacısı Seattle’daki Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi’ndeki bir mikrobiyoloji laboratuvarındaki anaerobik iş istasyonunda. Kredi: S. Brook Peterson/Washington Üniversitesi
Mikrobiyoloji profesörü Mougous, “Bu bakterilerin barındırdığı olağandışı genlerin işlevlerine ilk kez göz attığımız için çok heyecanlıyız” dedi. “Gelecekteki çalışmalarımızı bu genler üzerine odaklayarak, Saccharibacteria’nın büyümek için konakçı bakterilerden nasıl yararlandığına dair gizemi çözmeyi umuyoruz.”
Çalışmada ortaya çıkarılan olası konakçı etkileşim faktörleri arasında, Saccharibakterilere yardımcı olabilecek hücre yüzey yapıları yer alıyor. konakçı hücrelere bağlanır ve besin maddelerinin taşınması için kullanılabilecek özel bir salgı sistemine sahiptir.
Yazarların çalışmalarının bir başka uygulaması da, floresan proteinleri eksprese eden Saccharibacteria hücrelerinin üretilmesiydi. Araştırmacılar, bu hücrelerle, konakçı bakterilerle birlikte büyüyen Saccharibacteria’ların hızlandırılmış mikroskobik floresan görüntülemesini gerçekleştirdi.
“Saccharibacteria-konakçı hücre kültürlerinin hızlandırılmış görüntülemesi, bu olağandışı bakterilerin yaşam döngüsündeki şaşırtıcı karmaşıklığı ortaya çıkardı.” Mougous laboratuvarında kıdemli bir bilim adamı olan S. Brook Peterson, şunları kaydetti:
Araştırmacılar, bazı Saccharibakterilerin, konakçı hücreye yapışarak ve küçük sürü halinde yavrular oluşturmak için tekrar tekrar tomurcuklanarak ana hücre görevi gördüğünü bildirdi. Bu küçükler yeni konakçı hücreleri aramaya devam ediyor. Yeni neslin bir kısmı ana hücre haline gelirken, diğerleri bir konakçıyla verimsiz bir şekilde etkileşime giriyor gibi görünüyordu.
Araştırmacılar, ek genetik manipülasyon çalışmalarının, araştırdıkları hücrelerin rollerinin daha geniş bir şekilde anlaşılmasına kapı açacağını düşünüyor. “bu organizmaların içerdiği zengin mikrobiyal karanlık madde rezervleri” olarak tanımlanıyor ve potansiyel olarak henüz hayal edilmemiş biyolojik mekanizmaları ortaya çıkarıyor.
Referans: “Patescibacteria’nın genetik manipülasyonu, mikrobiyal karanlık madde ve epibiyotik yaşam tarzı hakkında mekanik bilgiler sağlıyor”, Yaxi Wang , Larry A. Gallagher, Pia A. Andrade, Andi Liu, Ian R. Humphreys, Serdar Turkarslan, Kevin J. Cutler, Mario L. Arrieta-Ortiz, Yaqiao Li, Matthew C. Radey, Jeffrey S. McLean, Qian Cong, David Baker, Nitin S. Baliga, S. Brook Peterson ve Joseph D. Mougous, 7 Eylül 2023, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2023.08.017
Bu disiplinler arası ve işbirlikçi çalışma, Mougous’un yönettiği, yeni oluşturulan Mikrobiyal Etkileşimler ve Mikrobiyom Merkezi (mim_c kısaltmasıyla anılır) tarafından desteklendi. Mim_c’nin misyonu, mikrobiyom araştırma çalışmalarının önündeki engelleri azaltmak ve farklı disiplinlerden benzer düşüncelere sahip araştırmacıların bağlantıları aracılığıyla işbirliklerini ilerletmektir. Burada mim_c, UW Diş Hekimliği Okulu, Periodontoloji Bölümü’nden oral mikrobiyom uzmanı Jeffrey McClean ile Mougous laboratuvarının bir araya gelmesinde katalizör görevi gördü.
Bu çalışmanın baş yazarları, UW’den Yaxi Wang ve Larry A. Gallagher’dı. Mikrobiyoloji Bölümü. Kıdemli yazarlar Baliga, Peterson ve Mougous’du. McClean’ın yanı sıra Texas Southwestern Üniversitesi’nden biyokimyacı Qian Cong, David Baker ve UW Tıp Enstitüsü Protein Tasarımı Enstitüsü’nden diğer araştırmacılar da çalışmaya katkıda bulundu.
Mougous ve Baker, Howard Hughes Tıp Enstitüsü araştırmacılarıdır. Mougous, Washington Üniversitesi’nde Lynn M. ve Michael D. Garvey Bağış Kürsüsü’nü yürütmektedir.
Çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüleri, Ulusal Bilim Vakfı ve Savunma Bakanlığı’nın Savunma Tehditlerini Azaltma Bakanlığı’nın bağışlarıyla desteklenmiştir. Ajans, Bill & Melinda Gates Vakfı ve Welch Vakfı.