Nebezpečné mikroorganismy využívají širokou škálu toxinů k likvidaci svých hostitelů. Bakterie, které jsou zodpovědné například za mor, používají speciální mechanismus, fungující na principu injekce, díky kterému transportují své jedovaté produkty do napadených buněk.

Stefan Raunser, ředitel Institutu Maxe Plancka pro molekulární fyziologii v Dortmundu, věnoval metodě spolu se svým týmem pozornost a tuto "bakteriální injekci" podrobně prozkoumal. Následně se dortmundským vědcům podařilo injekci využít ve vlastní prospěch a nebezpečný toxin nahradit jinou látkou. Potenciál tohoto "zkrocení" je obrovský - bakteriální stříkačky mohou být využity v medicíně jako transportéry léčiv.


Jakmile bakterie pronikne do svého hostitele, vstříkne do jeho buněk svůj smrtící jed. Stejně jako injekční jehla propíchne membránu proteinovým kanálem, toxin je uvolněn z transportní kapsule a likviduje buněčné struktury. Do několika minut buňka umírá.

Pro úspěšný vstřik toxinu do buňky musí injekce rovněž přilnout k jejímu povrchu a taktikou trojského koně oklamat její receptory předstíráním, že jde o bezpečnou látku vhodnou absorpce.

Bakteriální injekce vstřikuje toxin do hostitelské buňky, zdroj: MPI f. Molecular Physiology
Bakteriální injekce vstřikuje toxin do hostitelské buňky, zdroj: MPI of Molecular Physiology


Tým Stefana Raunsera tento smrtící mechanismus objevil pomocí tzv. kry-elektronové mikroskopie, technikou, kterou ovládá pouze několik vědeckých skupin na světě. V čem je tak výjimečná? Nabízí kompletní pohled na 3D strukturu proteinu v takřka atomárním rozlišení.  


Dortmundský tým následně dokázal nebezpečný toxin nahradit svou vlastní látkou a tu vstříknout do cílových buněk. Aby však mohla být bakteriální injekcí skrz membránu transportována, musela splňovat určitá kritéria, například velikost, nebo elektrický náboj. "Díky této technice jsme o krok blíže využití nano-injekcí v medicíně," říká Raunser.

Německý výzkum usiluje například o jejich nasazení v onkologii. "V současné době se snažíme o úpravu tohoto injekčního mechanismu tak, aby dokázal rozpoznat rakovinné buňky. Stejným způsobem, jakým bakterie zabíjí naše buňky, bychom mohli specificky cílit na nádorové s minimálními vedlejšími účinky."

Zajímá vás více podrobností? Přečtěte si celou studii, publikovanou v časopise Nature Communications!

Towards the application of Tc toxins as a universal protein translocation system
Tc toxins are a major class of bacterial toxin translocation systems that inject toxic enzymes into target cells. Here the authors present functional and structural data showing that the toxic enzyme can be replaced by other small proteins and identify prerequisites required for successful transloca…

Zdroj: Max Planck Society, Phys.org