Wanneer we onze smartphones gebruiken om sociale media te controleren, we worden geconfronteerd met heel veel bacteriën op de apparaten - zelfs meer dan op toiletbrillen, volgens een studie van de Universiteit van Arizona. Die bacteriën kunnen hun eigen vorm van sociaal netwerk hebben dat, zoals Facebook, laat de eencellige wezens elkaar aantrekken en afstoten.

Dit inzicht komt voort uit nieuw onderzoek door wetenschappers van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), die de moleculaire structuren van een zeer gespecialiseerde set eiwitten hebben bepaald. Deze eiwitten worden door een stam van E. coli-bacteriën gebruikt om te communiceren en hun grasmat te verdedigen.

Het werk zou kunnen leiden tot nieuwe biomedische strategieën voor het overwinnen van pathogene bacteriën die infectieziekten veroorzaken, zoals longontsteking en door voedsel overgedragen ziekten. Het is de laatste vooruitgang van een groep wetenschappers van het Argonne National Laboratory van de DOE; de Universiteit van Californië, Santa Barbara (UCSB); en de Universiteit van Californië, Irvine.

Het werk bouwt voort op de ontdekking van UCSB-onderzoekers uit 2005 dat de bacteriën giftige eiwitten produceren, die ze via direct contact aan hun buren kunnen overdragen om ze te doden of te beheersen, mogelijk om betere toegang tot voedingsstoffen te krijgen. Het speelt zich alleen af ​​in dichtbevolkte microbiële gemeenschappen via een proces dat contactafhankelijke groeiremming (CDI) wordt genoemd.

"We leren in feite hoe de bacteriën op elkaar inwerken en communiceren, " zei Andrzej Joachimiak, een Argonne Distinguished Scientist in de Biosciences Division van het laboratorium. "We hebben een aantal ideeën die we proberen op te lossen, omdat de toxines verschillende activiteiten kunnen hebben. Ze kunnen verschillende bacteriën anders beïnvloeden."

"Deze systemen komen niet alleen voor in bodem- en darmbacteriën, maar ook bij menselijke pathogenen, " zei Joachimiak, die ook een senior fellow is aan het Computation Institute van de University of Chicago. "Sommige van deze toxines van CDI-systemen zijn aanwezig in Pseudomonas aeruginosa, bijvoorbeeld, die betrokken is bij longziekte."

Joachimiak en 10 co-auteurs publiceerden hun bevindingen op 29 september, 2017 nummer van het tijdschrift Onderzoek naar nucleïnezuren .

Het Argonne-team verkreeg de moleculaire structuren van eiwitten die behoren tot een driedelig systeem van de NC101-stam van E. coli. De drie delen bestaan ​​uit het CDI-toxine, zijn immuniteitseiwit en zijn verlengingsfactor. Het laatste, bekend als EF-Tu, is een eiwit dat een sleutelrol speelt bij de eiwitsynthese. Het kennen van de eiwitstructuren van alle drie de delen helpt wetenschappers hun functie te begrijpen.

De ontdekking van het immuniteitseiwit heeft wetenschappers doen vermoeden dat het doel van het systeem niet alleen competitie maar ook signalering omvat, het proces waarbij bacteriële cellen met elkaar communiceren, evenals het doden en beheersen van andere bacteriën.

"Er zijn eigenlijk maar een paar moleculen van het toxine die in de naburige cel terechtkomen, " zei Karolina Michalska, een eiwitkristallograaf bij Argonne en co-hoofdauteur van het papier. "Het is moeilijk om de werkelijke omvang van de celbeschadiging in te schatten. Daarom dachten we dat het niet bedoeld was om te doden, maar eerder om te controleren en te communiceren."

Het toxine kan alleen onder zeer specifieke omstandigheden inwerken op het overdrachtsribonucleïnezuur (tRNA).

"Dit specifieke toxine werkt op tRNA en het moet een zeer specifieke set tRNA zijn, " zei Michalska. "Dit is het eerste geval waarin we de verlengingsfactor zien als deze extra component die nodig is om het toxine te laten functioneren."

Het Argonne-team verzamelde gegevens over de eiwitstructuren met behulp van de bundellijn van het Structural Biology Center bij de Advanced Photon Source (APS), een Department of Energy Office of Science User Facility. De APS is een lichtbron van de derde generatie, het leveren van extreem heldere röntgenstralen waarmee onderzoekers zich kunnen verdiepen in de reeksen moleculen in materialen. Met behulp van dit hulpmiddel, onderzoekers kunnen karakteriseren, of identificeren, biologische eiwitten en inspecteren chemische processen op nanoschaal (een miljardste meter).

Het onderzoeksteam van Argonne maakte ook gebruik van de Advanced Protein Characterization Facility van het laboratorium, die de meest geavanceerde technologieën van het land biedt voor het bestuderen van nieuwe klassen van eiwitten en eiwitcomplexen.