Erstautor Thu Vu Phuc Nguyen (links) und Ido Golding untersuchten, wie koinfizierte Phagen sich gegenseitig am Eintritt in eine Zelle hindern können. Bildnachweis: Fred Zwicky
Der Prozess, durch den Phagen (Viren, die Bakterien infizieren und sich dort vermehren) in Zellen eindringen, wird seit mehr als 50 Jahren untersucht. In einer neuen Studie verwendeten Forscher der University of Illinois in Urbana-Champaign und der Texas A&M University modernste Techniken, um diesen Prozess auf Einzelzellenebene zu untersuchen.
„Das Gebiet der Phagenbiologie hat im letzten Jahrzehnt eine Explosion erlebt, da immer mehr Forscher die Bedeutung von Phagen für Ökologie, Evolution und Biotechnologie erkennen“, sagte Ido Golding (CAIM/IGOH), Professor für Physik. „Diese Arbeit ist einzigartig, weil wir die Phageninfektion auf der Ebene einzelner Bakterienzellen untersucht haben. »
Der Prozess der Phageninfektion beinhaltet die Anheftung des Virus an die Oberfläche eines Bakteriums. Dann injiziert das Virus sein genetisches Material in die Zelle. Nach dem Eindringen kann ein Phagen entweder die Zelle dazu zwingen, mehr Phagen zu produzieren und schließlich zu explodieren (ein Vorgang, der Zelllyse genannt wird), oder er kann sein Genom in das der Bakterien integrieren und inaktiv bleiben, ein Vorgang, der Lysogenese genannt wird. Das Ergebnis hängt von der Anzahl der Phagen ab, die gleichzeitig die Zelle infizieren. Ein einzelner Phagen verursacht eine Lyse, während eine Infektion mit mehreren Phagen zur Lysogenese führt.
In der aktuellen Studie wollten die Forscher wissen, ob die Anzahl der infektiösen Phagen, die sich an die Bakterienoberfläche binden, mit der Menge an viralem Erbgut korrespondiert, die in die Zelle injiziert wird. Dazu markierten sie sowohl die Proteinhülle der Phagen als auch das darin enthaltene Erbgut mit Fluoreszenz. Anschließend züchteten sie Escherichia coli, verwendeten unterschiedliche Konzentrationen infektiöser Phagen und verfolgten, wie viele von ihnen ihr genetisches Material in E. coli injizieren konnten.
„Seit den 1970er Jahren wissen wir, dass sich die Infektion mehrerer Phagen auf den Ausgang der Infektion auswirkt, wenn sie dieselbe Zelle infizieren. „In dieser Studie konnten wir im Gegensatz zu allen bisherigen Studien präzise Messungen durchführen“, sagte Golding.
Die Forscher waren überrascht, als sie herausfanden, dass der Eintritt des genetischen Materials eines Phagen durch andere koinfizierende Phagen behindert werden könnte. Sie fanden heraus, dass verhältnismäßig weniger Phagen eindringen konnten, wenn mehr Phagen an der Zelloberfläche hafteten.
„Unsere Daten zeigen, dass der erste Schritt der Infektion, der Phageneintritt, ein wichtiger Schritt ist, der bisher unterschätzt wurde“, sagte Golding. „Wir fanden heraus, dass koinfizierte Phagen sich gegenseitig am Eindringen hinderten, indem sie die Elektrophysiologie der Zelle störten. »
Die äußerste Bakterienschicht ist ständig mit der Bewegung von Elektronen und Ionen konfrontiert, die für die Energieerzeugung und die Übertragung von Signalen in die Zelle hinein und aus ihr heraus unerlässlich sind. Im letzten Jahrzehnt haben Forscher begonnen, die Bedeutung dieser Elektrophysiologie für andere bakterielle Phänomene, einschließlich der Antibiotikaresistenz, zu erkennen. Dieser Artikel eröffnet einen neuen Weg für die Erforschung der bakteriellen Elektrophysiologie: ihre Rolle in der Phagenbiologie.
„Durch die Beeinflussung der tatsächlich eindringenden Phagen beeinflussen diese Störungen die Wahl zwischen Lyse und Lysogenese. Unsere Studie zeigt auch, dass der Eintritt durch Umweltbedingungen wie die Konzentration verschiedener Ionen beeinflusst werden kann“, sagte Golding.
Das Team möchte seine Techniken verbessern, um die molekularen Grundlagen des Phageneintritts besser zu verstehen.
„Obwohl die Auflösung unserer Techniken gut war, war das, was auf molekularer Ebene geschah, für uns immer noch weitgehend unsichtbar“, sagte Golding. „Wir erwägen den Einsatz des Minflux-Systems am Carl R. Woese Institute for Genomic Biology. Ziel ist es, denselben Prozess zu untersuchen, jedoch eine bessere experimentelle Methode anzuwenden. Wir hoffen, dass dies uns dabei hilft, neue biologische Methoden zu entdecken. »
Die Studie „Koinfizierte Phagen behindern den Eintritt jeder Person in die Zelle“ wurde veröffentlicht in Aktuelle Biologie.
Mehr Informationen:
Thu Vu Phuc Nguyen et al. Koinfizierende Phagen hindern sich gegenseitig daran, in die Zelle einzudringen. Aktuelle Biologie (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.05.032
Zur Verfügung gestellt von der University of Illinois in Urbana-Champaign
Zitat:Koinfizierende Viren behindern die gegenseitige Zellinvasion (2024, 2. August), abgerufen am 2. August 2024 von https://phys.org/news/2024-08-coinfecting-viruses-obstruct-cell-invasion.html
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