Bakteriyofaj P74-26 yapı çizimi. Faj kuyrukları farklı uzunluklarda ve stillerde gelir. P74-26 bakteriyofajı, çoğu fajdan on kat daha uzun bir kuyruğa sahiptir ve yaklaşık bir mikrometre uzunluğundadır. Uzun saçlı masal karakterinden dolayı “Rapunzel bakteriyofajı” olarak adlandırılır. Kredi: Leonora Martinez-Nunez
Son derece uzun kuyruk, bakterilere bulaşan virüslerin nasıl bir araya geldiğine dair bir pencere sunuyor.
Journal of Biological Chemistry’de yakın zamanda yapılan bir araştırma bir evrim harikasının ardındaki sırrı ortaya çıkardı: Son derece uzun kuyruğu olan bir bakteriyofaj. Bu olağanüstü kuyruk, yaşanması zor kaplıcalarda yaşayan ve gezegendeki en zorlu bakterilerden bazılarını besleyen bir bakteriyofajın parçasıdır.
Bakteriyofajlar, bakterileri enfekte eden ve bakterilerde çoğalan bir virüs grubudur ve en yaygın ve en yaygın olanıdır.
“Bakteriyofajlar veya kısaca fajlar, etrafınızdaki kir ve su ile kendi vücudunuzun mikrobiyal ekosistemi de dahil olmak üzere bakterilerin olduğu her yerdedir,” dedi bir yüksek lisans öğrencisi olan Emily Agnello. Massachusetts Üniversitesi Chan Tıp Fakültesi’nden ve çalışmanın baş yazarı.
İnsanları ve hayvanları enfekte eden ve yalnızca bir bölme içeren virüslerin çoğunun aksine, fajlar dikenli, prizma benzeri bir proteine bağlı bir kuyruktan oluşur. DNA’larını içeren kabuk.
Saç stilleri gibi faj kuyruklarının uzunluğu ve stili değişir; bazıları uzun ve kabarıkken diğerleri kısa ve serttir. Çoğu faj kısa, mikroskobik kuyruklara sahipken, “Rapunzel bakteriyofajı” P74-26’nın çoğundan 10 kat daha uzun bir kuyruğu vardır ve yaklaşık 1 mikrometre uzunluğundadır, yaklaşık olarak bazı örümcek ipeği genişliğindedir. “Rapunzel” lakabı, çok uzun saçlı bir kızın kötü bir cadı tarafından bir kuleye kilitlendiği peri masalından türetilmiştir.
UMass Chan’da biyokimya ve moleküler biyoteknoloji doçenti Brian Kelch çalışmayı denetledi, P74-26’yı “kuyruk canavarı” olarak tanımladı.
Faj kuyrukları, yoğun, viskoz bir maddeyle kaplı bakterileri delmek için önemlidir. P74-26’nın uzun kuyruğu, en zorlu bakterileri işgal etmesine ve enfekte etmesine izin verir. P74-26’nın son derece uzun bir kuyruğu olmasının yanı sıra, 170°F’nin üzerine çıkabilen kaplıcalarda yaşamasına ve bakterileri enfekte etmesine izin veren en kararlı fajdır. Araştırmacılar, P74-26’yı bu tür aşırı ortamlarda neden ve nasıl var olabileceğini öğrenin.
Bu kadar yüksek sıcaklıklarda gelişen bir fajla çalışmak için, Agnello’nun deneylerinin koşullarını, faj kuyruğunu kendisini bir araya getirmeye ikna edecek şekilde ayarlaması gerekiyordu. Test tüpü. Kelch, Agnello’nun kuyruğun kendi kendine hızlı bir şekilde bir araya gelmesini sağlayabileceği bir sistem yarattığını söyledi.
“Her bir faj kuyruğu, uzun bir tüp oluşturmak için bir araya gelen birçok küçük yapı taşından oluşur. Araştırmamız, bu yapı taşlarının bir araya geldiklerinde şekil veya konformasyon değiştirebileceğini buluyor, “dedi Agnello. “Bu şekil değiştiren davranış, yapı taşlarının birbirine uyması ve kuyruk borusunun doğru yapısını oluşturması açısından önemlidir.”
Araştırmacılar, bilgisayar simülasyonlarının yanı sıra yüksek güçlü görüntüleme teknikleri kullandılar ve kuyruğun yapı taşları kendilerini dengelemek için birbirine yaslanır.
“Kryo-elektron mikroskobu adı verilen, çok yüksek bir hızda binlerce görüntü ve kısa film çekmemizi sağlayan devasa bir mikroskop olan bir teknik kullandık. büyütme,” diye açıkladı Agnello. “Fajın kuyruk tüplerinin birçok fotoğrafını çekip bunları üst üste koyarak, yapı taşlarının tam olarak nasıl bir araya geldiğini anlayabildik.”
P74-26’nın bir “top ve yuva” mekanizması kullandığını buldular. kendini sağlamlaştırmak. Ayrıca kuyruk, içi boş bir kanal oluşturan moleküllerin dikey olarak dizilmiş halkalarından oluşur.
“Bu faj yapı taşlarını Lego gibi düşünmeyi seviyorum,” dedi Kelch. “Lego’nun bir tarafında saplamalar, diğer tarafında ise delikler veya yuvalar var.”
Şunu ekledi: “Yuvaların kapalı olmaya başladığı bir Lego hayal edin. Ancak legolarla inşa etmeye başladığınızda, diğer legolardaki saplamaların daha büyük bir montaj yapmasına izin vermek için yuvalar açılmaya başlar. Bu hareket, bu faj yapı taşlarının kendi montajlarını kendi kendilerini düzenlemeleri için önemli bir yoldur.”
Kelch, çoğu fajla karşılaştırıldığında, P74-26’nın, yapı taşları oluşturan istifleme halkaları oluşturmak için yapı taşlarının sayısının yarısını kullandığına dikkat çekti.
“Bazı antik virüslerin yapı taşlarını tek bir proteinde birleştirdiğini düşünüyoruz. İki küçük Lego tuğlasının dikişsiz büyük bir tuğlaya kaynaştığını hayal edin. Bu uzun kuyruk, daha büyük, daha sağlam yapı taşlarıyla inşa edildi,” diye açıkladı Kelch. “Bunun, kuyruğu yüksek sıcaklıklarda stabilize edebileceğini düşünüyoruz.”
Araştırmacılar şimdi faj kuyruğunun uzunluğunu değiştirmek ve bunun davranışını nasıl değiştirdiğini görmek için genetik manipülasyon kullanmayı planlıyorlar.
Fajlar dünyanın hemen her köşesini kaplar ve sağlık, çevre koruma ve gıda güvenliği gibi çeşitli endüstriler için önemlidir. Aslında, P74-26 gibi uzun kuyruklu fajlar, bazı bakteriyel enfeksiyonları tedavi etmek için ön klinik deneylerde kullanılmıştır.
“Bakteriyofajlar, bakteriyel enfeksiyonları tedavi etmek için antibiyotiklere alternatif olarak giderek artan bir ilgi kazanıyor,” Agnello söz konusu. “Faj düzeneğini inceleyerek, bu virüslerin bakterilerle nasıl etkileşime girdiğini daha iyi anlayabiliriz, bu da daha etkili faj bazlı tedavilerin geliştirilmesine yol açabilir. … Eşsiz, ilginç şeyler üzerinde çalışmanın, henüz hayal bile edemeyeceğimiz bulgulara ve uygulamalara yol açabileceğine inanıyorum.”
Referans: “Son derece uzun bir bakteriyofaj kuyruk tüpünün konformasyonel dinamik kontrol düzeneği”, Emily Agnello, Joshua Pajak, Xingchen Liu ve Brian A. Kelch, 14 Mart 2023, Journal of Biological Chemistry.
DOI: 10.1016/j.jbc.2023.103021