病原菌还记得之前的压力,快速反应的新压力
肺结核细菌进化要记住遇到压力和快速反应未来的压力,一项研究显示,计算工程师莱斯大学和新泽西州罗格斯大学医学院传染病专家(NJMS)。
网上发布在开放获取期刊mSystems,研究确定了一个基因机制,允许TB-causing细菌、结核分枝杆菌,迅速应对压力的方式是“history-dependent,”该研究的通讯作者奥列格Igoshin生物工程教授大米。
研究人员一直怀疑结核细菌的能力保持休眠状态,有时几十年来,源于他们的行为能力基于过去的经验。
潜伏性结核病是一个巨大的全球性问题。虽然每年约有150万人死于结核病,但世界卫生组织估计2 - 3数十亿人感染了结核菌的休眠的形式。
“有一些免疫系统和细菌之间的和平条约,“Igoshin说。“细菌不生长,免疫系统不会杀死他们。但如果由于营养不良或艾滋病人免疫功能不全的,细菌可以被重新激活。”
最有可能的候选人之一结核细菌基因开关可以切换成休眠状态是一个监管网络,是由压力引起的激活免疫细胞攻击。网络响应通过激活几十个基因的细菌生存的压力。基于大米计算模型、罗格斯NJMS Igoshin和他的长期合作者玛丽亚劳拉热内罗和他的同事们预计在2010年这样一个开关。根据这一理论,包含一个开关超灵敏的控制机制,结合多重反馈回路允许工作磁滞,或者history-dependent行为。
3 d的细菌病原体结核分枝杆菌。(图片由123 rf)
“我们的想法是,如果我们让细胞中间值的压力,从他们的快乐状态,他们没有那么多的回应,“Igoshin解释道。“但是如果你压力他们足以停止增长,然后降低压力水平回到一个中间水平,他们仍然强调。即使你完全消除压力,基因表达途径保持活跃,保持一个基本水平的活动,以防压力回来。”
在以后的实验中,热内罗的研究小组发现没有证据表明smegmatis分枝杆菌的预测控制机制,近亲的结核菌。因为生物使用相同的监管网络,它看起来像预测是错误的。找出为什么需要多年的后续研究。热内罗Igoshin团队发现结核菌,不同于非传染性的表兄弟,磁滞控制机制,但它并没有表现得如你所愿。
“滞后开关是非常缓慢的,这不是,”Igoshin说。”history-dependent有滞后反应,中级水平的压力。但是,当压力从低到高或从高到低,相对快速的响应。在本文中,我们试图理解这些有些矛盾的结果。”
Igoshin和这项研究的合作者Satyajit Rao)去年大米博士生毕业,再现2010年的模型和考虑如何修改它来解释这个悖论。研究在过去的十年中发现了一种叫做DnaK的蛋白质激活压力反应网络中扮演了一个角色。基于已知DnaK Igoshin和拉奥补充说,他们的模型的dormant-active开关。
“我们没有发现它,但我们提出了一个特殊的机制可以解释快速,history-dependent开关我们观察到,“Igoshin说。“所发生的是,当细胞被强调,他们的膜受损,他们开始积累的蛋白质。那些开始争夺DnaK展开的蛋白质。”
DnaK被玩伴护的角色在帮助清除细胞的蛋白质,但它在应激反应中扮演另一个角色网络通过保持其传感器蛋白质的活性。
“当有太多的蛋白质,DnaK已经放手,传感器的蛋白质,这是一个激活输入我们的网络,”Igoshin说。”一旦有足够的蛋白质“分散”DnaK,有机体对压力。
热内罗和合作者Pratik达塔进行实验在NJMS确认DnaK行为预测。但Igoshin表示,目前尚不清楚如何发现可能影响结核病治疗或控制策略。例如,开关响应短期细胞内生物化学变化,不清楚连接,如果有的话,它可能与长期行为,例如结核病延迟,他说。
“眼前的第一步是真的试一试,看看这是否滞后是重要的在感染期间,“Igoshin说。”只是我们看到一件特殊的事情在我们的实验中,还是很重要的对于患者的治疗效果?鉴于它是未见非传染性的表弟的结核菌,人们很容易推测它是生存在主机有关。”
热内罗是医学和流行病学教授罗格斯大学生物医学和健康科学。Igoshin大米资深研究员中心理论生物物理学。
支持的研究是韦尔奇基金会和美国国立卫生研究院。