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发现病毒使用错综复杂的“跑步机”将货物移过细菌细胞

最先进的技术揭示了像人类细胞一样组织的细菌细胞,为无法治愈的感染提供新的噬菌体治疗方法的见解

无数教科书将细菌描述为简单,无序的分子团。

现在,利用先进技术以前所未有的细节探索细菌的内部运作,加利福尼亚大学圣地亚哥分校的生物学家发现,实际上细菌与先前已知的复杂人体细胞有更多共同之处。

6月13日在期刊单元中发表他们的作品, uc san diego研究人员 joe pogliano教授艾丽莎白别墅助理教授 实验室提供了细菌细胞内的货物的第一个例子,其在类似于我们自己的细胞中发生的过程中沿着跑步机状结构转移。

“这并不是说细菌很无聊,但以前我们没有很好的能力去仔细研究它们,”别墅说道,该论文的一位作者说。 “借助新技术,我们可以开始了解细菌的惊人内在生命,并了解所有非常复杂的组织原则。”

研究第一作者vorrapon chaikeeratisak of uc san diego的生物科学部门和他的同事们分析了巨人 假单胞菌 噬菌体(也称为噬菌体,用于描述感染细菌细胞的病毒的术语)。来自pogliano和别墅实验室的早期见解发现,噬菌体将它们感染的细胞转化为哺乳动物细胞,其中心位于核心状结构,由复制的噬菌体dna周围的蛋白质壳形成。在这项新研究中,研究人员记录了一个以前看不见的过程,该过程将称为衣壳的病毒成分转运到中央核样结构的dna。随着衣壳从主体膜上的装配部位移出,被运输到由细丝制成的传送带状路径上,最终到达它们最终的噬菌体dna目的地。

“他们沿着跑步机骑行,以便到达蛋白质壳内的dna,这对噬菌体的生命周期至关重要,”分子生物学教授pogliano说。 “之前没有人看到这种细胞内的货物沿着细菌细胞中的细丝移动。”

“这种巨型噬菌体在细菌内复制的方式非常迷人,”chaikeeratisak说。 “还有很多问题要探讨它用来接管细菌宿主细胞的机制。”

Capsids on viral treadmill

卡通显示由一些巨型病毒组装的病毒复制工厂。病毒dna在细胞核内复制(蓝色壳)。病毒衣壳沿着跑步细丝进入细胞核。衣壳停靠在细胞核上以包装病毒dna。信用:pogliano / villa labs,uc san diego,2019

打开新发现的大门是延时荧光显微镜的研究组合,它提供了细胞内运动的广阔视角,类似于谷歌地球地图的道路透视,与冷冻电子断层扫描相协调,提供了能够放大“街道水平”视图,使科学家能够分析各个车辆及其中人员的成分。

别墅说,每种技术的观点都有助于提供关键答案,但也带来了关于细菌细胞内运输和分配机制的新问题。两个实验室的学生成员kanika khanna接受过培训,可以使用这两种技术获取每种技术的数据和见解。

“放大和缩小让我们观察到一个独特的例子,即细菌细胞内的物质不会随机扩散,”卡纳说。 “这些噬菌体已经发展出一种复杂而有针对性的运输机制,使用细丝在宿主体内进行复制,这是我们原本无法看到的。”

噬菌体感染和攻击许多类型的细菌,并且已知在土壤,海水和人类中自然生存。 pogliano认为,新发现对于更多地了解噬菌体的进化发展非常重要,这已经成为最近关注的主题。

“像噬菌体这样的病毒已被研究了100年,但由于有可能将它们用于噬菌体治疗,它们现在正在重新受到关注,”pogliano说。

在新论文中研究的噬菌体类型是有朝一日可用于治疗各种感染的新疗法。

去年,uc san diego的医学院开始了 创新噬菌体应用和治疗中心(ipath)由于对传统抗生素的广泛抗药性持续增长,该药物被用于开发新的传染病治疗方法。

“如果我们了解噬菌体如何在细菌内部运作以及它们做了​​什么,最终的目标就是你可以开始为特定的抗感染感染设计量身定制的噬菌体,”别墅说。

除了chaikeeratisak,khanna,pogliano和别墅,该研究的共同作者还包括katrina nguyen,joseph sugie,mackennon egan,marcella erb,anastasia vavilina和uc san diego生物科学部门的pogliano;泰国mahidol大学的poochit nonejuie;和旧金山的eliza nieweglowska和david agard。

该研究的资金由国家卫生研究院(拨款gm031627,r35gm118099,gm104556,gm129245,r01-gm57045和1dp2gm123494-01),霍华德医疗机构和泰国研究基金以及高等教育委员会办公室提供( mrg6180027和mrg6080081)。


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