Bakterie cholery bojují otrávenými proteinovými nano-čepelemi  
Vědci přišli na kloub v pořadí již šestému aparátu buněčného sekrečního systému. Struktura podobná dlouhému vystřelovacímu noži má proteinovou pružinu na jedno použití. V popisu práce tohoto neustále se přestavujícího neposedného artefaktu je uštědřovat kolemjdoucím pozdravy jedovým bodcem.


Sekreční systémy (nudný úvod, možno přeskočit až k bodu VI)
Bakterie se mírumilovnými stvořeními mohou zdát jen špatně informovaným optimistům. Většina z nich má povahu agresivních válečníků a jejich artilerie používá munici plnou jedů, lyzinů, adhesinů a dalších podrazů, od nichž se odvíjí jejich virulence. I když nikdo pořádně neví, jak tento termín správně definovat, budeme jej používat i my, protože se vžil a nic lepšího momentálně není. Měli bychom ale mít na paměti, že její podstatou jsou sekreční systémy. Ty si můžeme představit jako pomocníky, kteří se starají o to, aby vše, co k útoku nebo obraně bakterie potřebují, bylo v pravý čas na správném místě. Protože ve stále nově odhalovaných vychytávkách podporujících virulenci začal být zmatek, biologové je očíslovali.


Zvětšit obrázek
Technikou elektronová kryo-tomografie (ECT) lze vidět jemné struktury cytoplazmy, jaké klasická elektronová mikroskopie neumožňovala. Modrá šipka míří na "nabitou zbraň" sekrečního systému podobnou té, jako mají bakteriofágy. (Kredit: Basler a kol.,Caltech Media Relations)

Sekreční systém I. typu (T1SS) je zaměstnám v buňce jako vyhazovač. Ve srovnání s jinými působí tak trochu jako primitiv - pracuje jednokrokově, je individualistou a nevyužívá asistence signálních sekvencí. Zdání ale klame, dovede například bakteriální buňku zbavit těžkých kovů, čehož si u něj ceníme. Díky tomu se dovedou na skládkách vypořádat i s naším ekologickým nepořádkem. Stejně ale pracuje tento systém i s antibiotikama a tak i jeho přičiněním tu máme "superbugs", za což ho rádi nemáme.


Sekreční systém II. typu (T2SS) je komplikovanější, exportuje proteiny ven z buňky dvoukrokově a k propasírování nákladu skrze membránu se neobejde bez asistence jiného proteinu. Bakterie si tímto způsobem zkrášlují své okolí například o enzym proteázu. Ta z okolních tkání odloupává aminokyseliny, čímž je narušuje a bakterie si tímto paklíčem otevírají dveře světlých zítřků v dalších a dalších orgánech.

Mikrobiolog Marek Basler, první autor publikace v časopisu Nature. Vystudoval VŠCHT, pracoval v MBÚ, nyní je kmenovým zaměstnancem Harvardu.


Sekreční systém III. typu (TTSS) je sehraná parta více než dvaceti řemeslníků. Jsou mezi nimi specialisté na určení cíle, jiní si jej pak pečlivě osahají, aby dalšímu v pořadí sdělili kam hodit kotvu. V ceně je často i přeprava karga do cizí buňky. S tím máme problém, zvláště v dobách šíření dýmějového moru, tyfu a plicních infekcí. Mimo "sezónu" nás tento mechanismus zase společensky ztrapňuje nucením drbat se v rozkroku při chlamydiových svědivých zlomyslnostech. Poněkud překvapivé je, že stejný nástroj využívají i naše bílé krvinky při takzvané apoptóze. Týká se to případů, když si někde nedávaly pozor a něčím se nakazily. Na rozdíl od bakterií jsou naše krvinky charakterní a když nám hrozí riziko, že by z nich mohly být zombí inkubující cizí vetřelce, altruisticky si spustí genetický program „sebevražda“.


Sekreční systém IV. typu
(T4SS) má dobře propracováno Agrobacterium tumefaciens. Tuto potvůrku si často pleteme s rhizobakterií - mírumilovným stvořením přilepšujícím rostlinám fixací vzdušného dusíku. Tu oceňují zemědělci, protože i na málo pohnojených půdách dovoluje rostlinám dávat hodně úrody. Na rozdíl od symbiotického dobrotiska je agrobacter vyžírkou. Svým sekrečním systémem „čtyřkou“ dopravuje do rostliných buněk vlastní DNA s cílem škodit, a protože dělá rostlinám jen nádory, rád ho nemá nikdo.


Sekreční systém V. typu
(T5SS) je záležitost vylučování lepidel (adhezinů). Bez nich by to měly salmonelly těžké, neudržely by se na střevní sliznici a nemohly hostitele obšťastňovat průjmy.

Zvětšit obrázek
Zelenou fluorescenční barvičkou označený smrštitelný protein dává tušit, kde se nabitá bakteriální zbraň nachází. Na snímku vlevo je „péro“ natažené přes celou šířku bakteriálního těla. Po útoku na souseda (snímek vpravo) se protein smrštil, což je vidět na jeho zkrácení. Patrné je i zhuštění hmoty kontrakcí, což se projevilo intenzivnější luminiscencí. Tento obrázek je z optického mikroskopu. (Kredit: Marek Basler, California Institute of Technology)


Nejnovější ze sekrečních systémů
má štítek s číslem VI. Hodně se mu věnují v Anglii na Imperial College, Američané na Harvardu a Kanaďané na University of Alberta. Všichni tak nějak tuší, že by mohl být důležitý, využívají ho totiž jak gramnegativní bakterie, tak i některé viry.
Možná to všechno začalo již v Mikrobiologickém ústavu v Krči. Marek Basler, vedoucí kolektivu, který objev učinil, je totiž Čech "jak poleno". V Praze, kde pracoval než se vydal za Velkou louži na Harvard, se již zajímal o to, jak to bakterie dělají, když na ně přijde dělení, aby spravedlivě potomstvo podělily genetickým materiálem. Teprve až poslední hit mikroskopické techniky - elektronová kryo-tomografie (ECT), kterou vládnou na Caltechu, dovolila udělat několik obrázků, na nichž byly čmouhy. Snímky zhotovené ne-elektronovou, nýbrž klasickou optickou technikou (tu dělali v Bostonu), byly "čistší". Při klasické elektronové mikroskopii je potřeba zkoumané vzorky nejprve zbavit vody. Pak se zalévají do umělé hmoty. Nitrobuněčné struktury, které jsou doma v prostředí cytoplazmy, která je na vodu bohatá, takové zacházení nemají rády, a i to nejšetrnější sušení nepřežijí. Nová ECT technika zkoumané vzorky mrazí šokem. V párách tekutého dusíku klesne teplota tak rychle, že voda nestihne vytvořit krystaly. Nic se ve vzorku tedy nepotrhá a buněčné vnitřnosti jsou zachyceny ve stavu velmi podobném tomu přirozenému.

Zvětšit obrázek
Do obrázku ztvárněná představa jak VI. sekreční systém funguje v praxi - kontakt rivalů navodí spuštění zbraně a vystřelená čepel s nákladem jedu proniká do těla protivníka. ( Kredit: Everett Kane/ Nature)

Mysteriózní šmouhaté struktury, které na nových snímcích z ECT byly dobře patrné a tak se kromě DNA začali soustředit právě na tyto "artefakty". Potvrdilo se podezření, že jde o vybavení, které buňce slouží k přesouvání proteinů z místa výroby do místa spotřeby. K potvrzení teorie si stvořili bakteriálního mrzáka cholery - Vibrio cholerae - s knokautovaným genem pro protein, který měli v podezření. A ejhle, na momentkách neškodného „cholerika“ čmouhy zmizely. Ze záhadných útvarů se vyklubaly trubičky sekrečního systému VI. Buňka ho využívá jako nano-zbraň, jejíž "hlaveň" má v průměru jen 80 atomů. O co je tenčí, o to je delší a mnohdy sahá od jednoho konce bakteriálního těla na druhý. Část proteinových struktur ukotvených k membráně se dokáže smrštit a vypudit část tyčinky jako čepel vybavenou jedovým balíčkem. Ta proniká buněčnými membránami a když se útok zdaří, špička čepele i s nákladem se zabodne do těla protivníkova. Protože střelba je poněkud neřízená, je potřeba neustále znovu nabíjet. A protože jednou použitá zbraň je kvůli smrsknuté pružině buňce k ničemu, rychle ji rozebere a ve stavu připraveném k použití znovu poskládá o kousek vedle.


Proč se tolik týmů o sekreční systémy zajímá, když morové rány a epidemie cholery jsou již dávnou historií? Salmonelové „veselice“ také asi nebude ten pravý důvod. Lákavé na sekrečních systémech není ani tak co dělají, jako to co nedělají. Přesněji, když nedělají to co umějí dělat. Každý ze sekrečních systémů má nějaké inhibitory. S jejich pomocí lze život bakteriím ztrpčovat. A právě o to se vědci začínají snažit – získat nové skupiny antibakteriálních látek, které by měly podobný účinek, jako mají antibiotika. A až někdy v této souvislosti uslyšíte o blokátorech virulence či invazivity, vězte, že nejde o nic jiného, než o inhibitory sekrečních systémů.

VIDEO: Bakteriální molekulární dýky (Kredit: California Institute of Technology/Nature)




Prameny:

Caltech Media Relations

M. Basler, M. Pilhofer, G. P. Henderson, G. J. Jensen a J. J. Mekalanos.: "Type VI secretion requires a dynamic contractile phage tail-like structure“, Nature DOI: doi:10.1038/nature10846

Supplementary information www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/extref/nature10846-s1.pdf doi:10.1038/nature10846

Datum: 29.02.2012 14:10
Tisk článku

Ze života bakterií - Schindler Jiří
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 80 Kč
cena: 75 Kč
Ze života bakterií
Schindler Jiří

Diskuze:

Náramně

Tomáš Bartoň,2012-02-29 18:52:21

hezky napsané pro zábavu i poučení, díky!

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace