Wetenschappers van de Michigan State University hebben experimentele en modelleringsresultaten geproduceerd die licht werpen op hoe een bepaald type enzym functioneert tijdens de vorming van sporen, mogelijk het onderzoek naar menselijke gezondheid en ziekten bevorderen.

Het werk, gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Science , kan leiden tot nieuwe strategieën om de vorming van sporen te beheersen - zeer resistente cellen die de persistentie van enkele belangrijke menselijke pathogenen bevorderen. Dit kan verstrekkendere gevolgen hebben, aangezien deze enzymen in bijna alle levende organismen grotendeels geconserveerd zijn, inclusief mensen.

"Het idee is dat als je het sporulatieproces begrijpt, dan kun je misschien manieren bedenken om het te remmen of te verbeteren, omdat er enkele goede doelen zijn die sporen dienen, " zei Lee Kroos, een professor in de afdeling Biochemie en Moleculaire Biologie van het MSU College of Natural Science en de senior auteur van de studie. "Bijvoorbeeld, mensen maken sporen om dingen op hun oppervlak te tonen om vaccins te maken of iets dat we kunnen inslikken, als een probioticum."

Een groep enzymen, bekend als intramembraan proteasen, of IMMP's, reguleren diverse processen door eiwitten binnen een celmembraan of nabij het membraanoppervlak te snijden. Het onderzoek van Kroos en het onderzoeksteam belicht hoe het IMMP-enzym interageert met het eiwit dat het tijdens sporulatie afsnijdt - de vorming van slapende bacteriën. Het enzym en eiwit worden vaak aangetroffen in sporenvormende bacteriën. Begrijpen hoe de twee eiwitten op elkaar inwerken, is de eerste stap in de richting van het bedenken van strategieën om de vorming van sporen te beheersen.

"Deze IMMP's zijn als een schaar in een membraan omdat ze andere eiwitten doorsnijden en ze van het membraan losmaken, " zei Kroes, die ook een MSU AgBioResearch-wetenschapper is. "De eiwitten die ze knippen, kunnen transcriptiefactoren zijn - eiwitten die andere genen reguleren - bijvoorbeeld, om een ​​verandering in temperatuur te signaleren, en het is een manier om over een membraan te communiceren."

Postdoc Sabyasachi Halder en afstudeerder Daniel Parrell in de Kroos-groep, samen met biochemie en moleculaire biologie collega Michael Feig en Doug Whitten, proteomics facility director voor de MSU Research Technology Support Facility, gericht op een model voor belangrijke ziekteverwekkers zoals degene die miltvuur veroorzaakt. Andere neven van B. subtilis, genaamd Clostridia, ziektes zoals tetanus en botulisme veroorzaken.

"Sporen zijn rustende cellen; ze hebben geen voedsel nodig en ze zijn zeer goed bestand tegen uitdroging, warmte en UV-licht, "Zei Kroos. "Het is een manier voor cellen om te overleven als de omstandigheden slecht zijn. Dat is echt belangrijk, omdat er een aantal ziekteverwekkers zijn die sporen vormen en in de omgeving blijven bestaan ​​totdat een geschikte gastheer aanwezig is."

Het model zou kunnen helpen bij het ontwikkelen van medicijnen die dit soort enzymen zouden remmen of versterken. Het werk heeft implicaties die verder gaan dan sporulatie, omdat de enzymen worden gevonden in mensen en andere dieren, maar ook in planten.

"We bestuderen de enzymen in bacteriën omdat bacteriën gemakkelijk te bestuderen zijn, maar we stellen ons voor dat sommige van de fundamentele dingen die we leren, gevonden zullen worden in de verwante enzymen in andere organismen, " zei Kroos. "Bijvoorbeeld, bij mensen is er een verwant enzym dat betrokken is bij de expressie van genen die het cholesterol- en vetzuurmetabolisme regelen en reageren op bepaalde soorten stress die eiwitontplooiing of ontsteking veroorzaken."