Anlamak: Bdellovibrio bağlanmasının moleküler mekanizmaları

Ridley Scott bir bakteri yapsaydı muhtemelen yaratacaktı. Bdellovibrio bakteriovorus. İnanılmaz yaşam tarzı serbest yüzme etabıyla başlıyor – Bdellovibrio Tek bir kamçıyı döndürerek hareket eden, virgül şeklinde küçük bir Gram negatif bakteridir. Ne zaman Bdellovibrio (avlanabilecek) başka bir Gram-negatif bakteriyle karşılaştığında, sırayla yüzeye tutunmayı, periplazmik istilayı ve istila “lombozunu” mühürlemeyi kullanır. Daha sonra av bakterisini içeriden parçalayan çok sayıda litik enzimi serbest bırakır ve biyomolekülleri serbest bırakır. Bdellovibrio filamentli büyüme için tüketir. Uzatılmış Bdellovibrio daha sonra çoklu nesiller oluşturan bölmeler ve bu döngüyü yeniden başlatmak için avı parçalıyor.1,2

Şekil 1 – Yaşam Tarzı Bdellovibrio bakteriovorus. Serbest yüzme Bdellovibrio avına bağlanır ve periplazmik boşluğa istila eder. Av hücresi toplanarak bdelloplastı oluşturur ve Bdellovibrio filamentli büyümeyi sağlamak için avını tüketir. Yırtıcı hayvan daha sonra bdelloplastı böler ve parçalayarak yavruyu serbest bırakır.

Bdellovibrio Bu yeni yaşam tarzını mümkün kılmak için ihtiyaç duyduğu ilgi çekici mekanizma zenginliğine sahip olduğundan, incelenmesi gerçekten inanılmaz bir organizmadır. Yırtıcı yaşam tarzı da yapar Bdellovibrio ve benzeri organizmalar (BALO’lar), sağlık ve endüstriyel ortamlarda bakterilerin biyoteknolojisi ve biyolojik kontrolü için etkili adaylardır.3,4 Bu yaşam tarzını destekleyen moleküler mekanizmalar hakkında temel bir anlayışa sahip olmak, onun ‘biyolojik bir antibiyotik’ olarak etkili kullanımı için çok önemlidir ve ilgili moleküler mekanizmadan türetilen yeni terapötik ve teşhislere yol açabilir.

Rağmen B. bakteriovorus‘ tanımlamasının 2022’de 60. yıldönümü olmasına rağmen, yırtıcılıkla ilgili mekanizmalara ilişkin anlayışımızda hala büyük boşluklar var. Özellikle yırtıcı hayvanın avına bağlanmasında rol oynayan herhangi bir moleküler varlığın tanımlanması yapılmamıştır. Birmingham Üniversitesi’ndeki Lovering grubu ile Nottingham Üniversitesi’ndeki Sockett grubu arasındaki etkili işbirliği sayesinde, avcı-av tanımanın anlaşılması zor doğasında bir delik açmak için tamamlayıcı tekniklerin bir kombinasyonunu kullandık. Makalemizde yeni bir adezin ailesi tanımlayıp karakterize ediyoruz. B. bakteriovorusbunlara mozaik yapışkan trimerik (MAT) lifler adını verdik.

Bu projenin başlangıcı, Nottingham Üniversitesi’ndeki Sockett grubunun bir CpoB homologu olan Bd0635’i floresansla takip ettiği tesadüfi bir bulguyla ortaya çıktı. Bdellovibrio Hücre duvarı biyosentezinde rol oynadığı tahmin edilmektedir. Bunu gözlemlediler Bdellovibrio İstila edilen hücrelerin içinde kesecik benzeri bir yapı oluşturmak için kendisinin bir kısmını ‘kıstırır’. Kesecikler izole edilip saflaştırılabiliyordu ve proteomik çalışmalar bunların bol miktarda istilayla ilişkili protein içerdiklerini gösterdi. Bu listede, genom boyunca dağılmış olan 21 güçlü MAT ailesinin bir alt kümesi vardı ve tüm grup daha sonra ilk proteomik isabetlere dizi homolojisi yoluyla tanımlandı.

Sockett grubu daha sonra bu liflerin lokalizasyonunu araştırdı ve avlanmadaki rollerini kullanarak kanıtladı. in vivo Floresan mikroskobu. Bu liflerden bazılarının genlerinin devre dışı bırakılması, avlanmada küçük bir kusura neden olur, ancak MAT liflerinin bu kadar yüksek bir fazlalığı olduğunda güçlü etkileri gözlemlemek zordur. İlginç bir şekilde, MAT konumunun, avın saldırısı sırasında (ısırma direğinde) ve aynı zamanda yan duvarda ve kamçı direğinde de değişiklik gösterdiği gösterilmiştir. İstiladan sonra MAT lokalizasyonu değişti ve bu liflerin bir kısmı kesecikte tutuldu; bu, yırtıcılık sırasında farklı temas noktalarında kullanıldığına işaret ediyor.

Lovering grubu, spesifikliğin ardındaki özellikleri araştırmayı hedefleyerek MAT proteinlerinin biyokimyasal ve yapısal karakterizasyonunu üstlendi; lif özgüllüğünün distal “uçlarda” meydana geleceği sezgiseldi. MAT liflerinin çoğunluğu, faj kuyruğu liflerinde yaygın olarak bulunan bir özellik olan ve birbirine geçmiş trimerlerin katlanmasını sağlayan bir otoproteolitik şaperon görevi gören bir C-terminali S74 proteaz alanında (tipik olarak lif uzunluğunun ~%10’unu içerir) sonlanır. Bu alan kendisini lif ucundan ayırır ve C-terminal beta sarmalına (lifin merkezi ekseni etrafında spiral şeklinde dönen üç uzun tabaka) sahip olgun bir protein bırakır. Sarmal bobinler gibi diğer birçok trimerik elyafın aksine, bunlar beta açısından zengindir ve oldukça stabil bir yapı üretir. Çözdüğümüz ilk yapı, avlarıyla faj etkileşimlerine benzer şekilde beta tabakaları ve halkalar tarafından oluşturulan bir yarık kullanarak av yüzey moleküllerine bağlanacağına inandığımız S74 içeren MAT proteini Bd3182’nin yapısıydı (Şekil 2).

bd3182'nin yüzey ve çizgi diyagramı

Şekil 2 – MAT Bd3182 ucunun yapısı. Olgun Bd3182 fiberinin C-terminal bölgesi, klasik bükümlü trimerik beta sarmalını gösterir. Lifi oluşturan üç monomerin her biri farklı renklerde gösterilmiştir.

İlginç bir şekilde, Bdellovibrio bakteriovorus HD100 suşu, terminalde alternatif bir kat için S74 alanını değiştiren 8 MAT proteinine sahiptir. Nedenini araştırmak için B. bakteriovorus Lovering grubu farklı terminaller kullanarak bu temsilcilerin beş C-terminal bölgesinin yapısını çözdü. Alternatif alanlar oldukça çeşitlidir ve tümör nekroz faktörü (TNF) benzeri alanları, lektin alanlarını ve işlevi bilinmeyen çok sayıda yeni kıvrımı içerir. Bu son proteinler, biyolojide henüz karakterize edilmemiş yapışkan alanları temsil edebilir. Çoğu durumda bu uçların önünde S74 içeren MAT liflerininkine benzer bir beta sarmal alanı bulunur. Alan adlarının bu mozaik takası muhtemelen şunları sağlayacaktır: Bdellovibrio çeşitli av bakterilerinin yüzeyindeki çok çeşitli moleküler hedeflere yapışabilir. Deneysel verilerimize ek olarak, tam uzunluktaki MAT liflerinin yapısını tahmin etmek için modelleme tekniklerini kullandık ve bunların C-terminal alanına ek olarak ortak bir N-terminal alanı ve ikisi arasında uzun serpiştirilmiş bölgeler içerdiğini gösterdik. (Şek. 3). Dolayısıyla MAT lifleri ortak (sabitleme) bir bölgeye, daha çeşitli bir merkezi bağlayıcıya ve uzak av tanıma ucunda çok çeşitli alan kullanımına sahiptir; bu, çok sayıda avı tanıyan bir bakteri için sezgiseldir.

Ayrıca TNF’yi sonlandıran S74 olmayan MAT’lerden biri olan Bd2439’un moleküler hedeflerini açıklamayı da başardık. Bd2439’un C terminalini bir glikan dizisine tabi tuttuk ve bu proteinin, 6 farklı bakteri türünden LPS’ye, ancak özellikle güçlü bir şekilde bağlandığını gözlemledik. Proteus mucizeler. Bu gözlem çok şaşırtıcıydı çünkü HD100 suşu B. bakteriovorus başlangıçta topraktan izole edilmişti ve genellikle bu LPS ile asla temas etmiyordu. Fiber fazlalığı, çoklu LPS özgüllüğü ve doğal olmayan ortamlardan gelen molekülleri bağlama yeteneği, şunu vurgulamaktadır: Bdellovibrio ve MAT elyafları çok yönlülük için evrimsel olarak optimize edilmiştir.

Bdellovibrio bacteriovorus'un MAT lifleri

Şekil 3 – MAT Liflerini Seçin B. bakteriovorus; 6 modellenmiş fiber gösterilmektedir (her biri deneysel olarak çözdüğümüz ve doğruladığımız bir C-terminal bölgesi içerir). Benzer N-terminiler sol tarafta görülebilir ve çeşitli uç alanları sağ tarafta görülebilir.

MAT lifleri spesifik değildir B. bakteriovorus ve diğer BALO’lar ve ilgili miksobakteriler gibi ilgili predatör bakterilerde bulunabilir. Şaşırtıcı bir şekilde, av hücrelerini yutan bakteriler gibi tamamen ilgisiz yırtıcı ve temizleyici bakterilerde de bulunabilirler. Candidatus Uabimicrobium amorfum ve siyanobakteri yiyen Salinivirga siyanobakteriivoranlar. Bu bulgular MAT’lerin farklı yaşam tarzlarındaki rolünü vurgulamaktadır.

Özetle, bunun yollarını ortaya çıkardık. Bdellovibrio Yırtıcı hayvanlar, farklı yüzeylere sahip çok sayıda avı tanıyacak şekilde uyum sağladılar ve topluluğun artık bireysel özellikleri araştırabileceği bir araç seti sağladılar. Belki bir gün, tasarlanmış öldürme aralıklarına sahip yırtıcı bakterileri veya en azından yok etmek istediklerimize karşı önyargılı olanları tasarlayabileceğiz.

Referanslar

1. AL’yi seven, Sockett RE. Mikrop Profili: Bdellovibrio bakteriovorus: Bakterilerin özel bir bakteriyel avcısı. Mikrobiyoloji (Okuma). 2021 Nis;167(4):001043. doi: 10.1099/mic.0.001043. PMID: 33843574; PMCID: PMC8289219.

2. Soket RE. Bdellovibrio bacteriovorus’un yırtıcı yaşam tarzı. Annu Rev Microbiol. 2009;63:523-39. doi: 10.1146/annurev.micro.091208.073346. PMID: 19575566.

3. Bratanis E, Andersson T, Lood R, Bukowska-Faniband E. Biyoteknolojik Potansiyel Bdellovibrio ve Organizmalar ve Bunların Salgılanan Enzimleri Gibi. Ön Mikrobiyol. 2020 15 Nisan;11:662. doi: 10.3389/fmicb.2020.00662. PMID: 32351487; PMCID: PMC7174725.

4. Cavallo FM, Jordana L, Friedrich AW, Glasner C, van Dijl JM. Bdellovibrio bakteriovorus: Bakteriyel patojenleri kontrol etmek için potansiyel bir ‘canlı antibiyotik’. Crit Rev Microbiol. 2021 Eylül;47(5):630-646. doi: 10.1080/1040841X.2021.1908956. Epub 2021 1 Mayıs. PMID: 33934682.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir