محققان روش جدیدی برای هدف قرار دادن دیواره سلولی باکتری کشف کردند

دیواره سلولی باکتری باید دائماً بازسازی شود تا رشد و تقسیم شود. این شامل هماهنگی نزدیک آنزیم های لیتیک و سنتز پپتیدوگلیکان است. محققان به رهبری مارتین تانبیچلر اکنون دریافته اند که یک تنظیم کننده مرکزی می تواند کلاس های کاملاً متفاوتی از اتولیزین ها را کنترل کند. از آنجایی که بسیاری از آنتی بیوتیک ها دیواره سلولی باکتری را هدف قرار می دهند، این یافته ها ممکن است به توسعه استراتژی های درمانی جدید علیه عفونت های باکتریایی کمک کند.

در طول تکامل، سلول‌ها طیف گسترده‌ای از استراتژی‌ها را برای تقویت پوشش خود در برابر فشار اسمزی داخلی توسعه داده‌اند، بنابراین به آنها اجازه می‌دهند در محیط‌های مختلف رشد کنند. بیشتر گونه های باکتریایی دیواره سلولی نیمه سفت و سختی را که غشای سیتوپلاسمی را احاطه کرده است، سنتز می کنند که جزء اصلی آن، پپتیدوگلیکان، شبکه ای متراکم را تشکیل می دهد که سلول را در بر می گیرد. دیواره سلولی علاوه بر نقش محافظتی خود، همچنین به عنوان وسیله ای برای تولید اشکال سلولی خاص مانند کره، میله یا مارپیچ عمل می کند، بنابراین تحرک، کلونیزاسیون سطحی و بیماری زایی را تسهیل می کند.

وجود دیواره سلولی چالش های خاص خود را دارد: سلول ها باید دائماً آن را بازسازی کنند تا رشد کنند و تقسیم شوند. برای انجام این کار، آنها باید با احتیاط زیاد در دیوار پارگی ایجاد کنند تا اجازه انبساط و تغییر آن را بدهند، در حالی که به سرعت شکاف ها را با مواد جدید ترمیم کنند تا از فرو ریختن آن جلوگیری کنند. این فرآیند بازسازی دیواره سلولی شامل جدا شدن پیوندها توسط آنزیم های لیتیک، همچنین به عنوان اتولیزین ها، و درج مواد جدید دیواره سلولی توسط سنتازهای پپتیدوگلیکان است. فعالیت های این دو گروه متضاد از پروتئین ها باید از نزدیک هماهنگ شود تا از ایجاد نقاط ضعیف در لایه پپتیدوگلیکان که منجر به لیز سلولی و مرگ می شود جلوگیری شود.

تیم تحقیقاتی به رهبری مارتین تانبیچلر، عضو ماکس پلانک در موسسه میکروبیولوژی زمینی ماکس پلانک و پروفسور میکروبیولوژی در دانشگاه ماربورگ، شروع به کشف ترکیب و عملکرد ماشین اتولیتیک کرده است. مطالعات آنها بر روی باکتری هلالی شکل Caulobacter crescentus متمرکز است که در محیط های آب شیرین یافت می شود و به طور گسترده به عنوان یک ارگانیسم مدل برای مطالعه فرآیندهای سلولی بنیادی در باکتری ها استفاده می شود.

به گفته تانبیکلر، مطالعه عملکرد اتولیزین ها یک کار چالش برانگیز بوده است. “در حالی که ما چیزهای زیادی در مورد ماشین آلات مصنوعی می دانیم، اتولیزین ها ثابت کردند که یک مهره سخت برای شکستن هستند.” ماریا بیلینی، محقق فوق دکتری در تیم تانبیکلر، می‌افزاید: «باکتری‌ها معمولاً انواع اتولیزین‌ها را از خانواده‌های آنزیمی مختلف با هدف‌های مختلف در خود جای می‌دهند. مورفولوژی و رشد.”

تنظیم کننده همه کاره

تجزیه و تحلیل تنظیم‌کننده‌های بالقوه اتولیزین با غربالگری هم‌رسوبی ایمنی و سنجش‌های برهمکنش پروتئین-پروتئین در شرایط آزمایشگاهی نشان داده است که عاملی به نام DipM نقشی محوری در بازسازی دیواره سلولی باکتری ایفا می‌کند. این تنظیم‌کننده کلیدی، یک پروتئین پری پلاسمیک محلول، به‌طور شگفت‌انگیزی با چندین کلاس از اتولیزین‌ها و همچنین یک فاکتور تقسیم سلولی برهم‌کنش می‌کند، که نشان‌دهنده بی‌احتیاطی است که قبلاً برای این نوع تنظیم‌کننده ناشناخته بود. DipM توانست فعالیت دو آنزیم جداکننده پپتیدوگلیکان را با فعالیت ها و تاخوردگی های کاملاً متفاوت تحریک کند و اولین تنظیم کننده شناسایی شده ای باشد که می تواند دو دسته از اتولیزین ها را کنترل کند. قابل توجه، نتایج همچنین نشان می دهد که DipM از یک رابط واحد برای تعامل با اهداف مختلف خود استفاده می کند.

اختلال در DipM منجر به از دست دادن تنظیم در نقاط مختلف فرآیند بازسازی و تقسیم دیواره سلولی می شود و در نهایت سلول را می کشد. بنابراین عملکرد مناسب آن به عنوان هماهنگ کننده فعالیت اتولیزین برای حفظ شکل سلولی مناسب و تقسیم سلولی در C. crescentus بسیار مهم است.

آدریان ایزکوئیردو مارتینز، دانشجوی دکترا، اولین نویسنده این مطالعه

توصیف جامع DipM یک شبکه تعامل جدید را نشان داد، از جمله یک حلقه خود تقویت‌کننده که ترانس‌گلیکوزیلازهای لیتیک و احتمالاً سایر اتولیزین‌ها را به هسته دستگاه تقسیم سلولی C. cres¬centus و به احتمال زیاد باکتری‌های دیگر را متصل می‌کند. بنابراین، DipM یک شبکه اتولیزین پیچیده را هماهنگ می کند که توپولوژی آن با سیستم های اتولیزین قبلاً مطالعه شده تفاوت زیادی دارد. مارتین تانبیکلر خاطرنشان می کند: “مطالعه چنین تنظیم کننده های چند آنزیمی، که عملکرد نادرست آنها بر چندین فرآیند مرتبط با دیواره سلولی به طور همزمان تاثیر می گذارد، نه تنها به ما کمک می کند تا بفهمیم دیواره سلولی چگونه به تغییرات سلول یا محیط پاسخ می دهد. همچنین می تواند به توسعه استراتژی های درمانی جدید کمک کند که با ایجاد اختلال در چندین مسیر اتولیتیک به طور همزمان با باکتری ها مبارزه می کند.