Теперь, Майкл Нидервейс, доктор философии, преподаватель микробиологии в Университете Алабамы в Бирмингеме и коллегах описал первый известный токсин этой патогенной бактерии. Этот токсин – Туберкулез Токсин Necrotizing или TNT – является членом-учредителем нового класса ранее непризнанных токсинов, существующих больше чем в 600 бактериальных и грибковых разновидностях, как определено подобием последовательности белка.
Перед открытием Нидервейса те токсины были идентифицированы только как «Область Неизвестной Функции 4237».Бактерии с теми недавно признанными токсинами включают Yersinia pestis, болезнетворный микроорганизм, который вызвал бубонную чуму, известную как Черная смерть в Средневековой Европе, и моноцитогены Листерии, одна из самых опасных и смертельных инфекций пищевого происхождения и причина Синих отзывов Bell Creameries в этом году.Отсутствие определенного токсина при туберкулезе M. контрастировало с почти всеми другими патогенными бактериями, токсины которых способствуют болезни или смерти.M. туберкулез известен своему выживанию в макрофагах, иммуноциты, которые глотают и уничтожают заразные бактерии.
Недавно определенный TNT, Нидервейс говорит, играет ключевую роль, чтобы вызвать некротическую смерть зараженного макрофага. Таким образом TNT позволяет бактериям туберкулеза M. сбежать из макрофага и распространить к другим клеткам – хозяевам в человеке, зараженном туберкулезом, таким образом способствуя выживанию туберкулеза M. и распространяя болезнь.
«Сражение между туберкулезом M. и человеческой иммунной системой, чтобы управлять судьбой зараженных макрофагов очень важно в определении результата инфекции», написал Нидервейс в газете TNT. «Контроль смерти клетки – хозяина имеет предельное значение для выживания, спасения и распространения туберкулеза M.».Работа, «Туберкулез necrotizing токсин уносит жизни макрофагов, гидролизируя NAD», была опубликована онлайн 3 августа по своей природе Структурная & Молекулярная биология.
Как этот токсин уклонялся от открытия больше века? Во-первых, это произведено в пробирке только в очень небольших количествах – лаборатория Niederweis могла обнаружить его только в фильтрате клеточной культуры, который был сконцентрирован 1,000-кратный, эквивалентный концентрации галлона молока к приблизительно одной трети чайной ложки. Во-вторых, токсин смертельно только, когда это в цитозоли клетки – хозяина; если токсин находится в кровотоке или добавлен к культурной среде в пробирке клеток – хозяев, это не имеет никакого эффекта. В-третьих, у токсина нет общих черт никакому другому известному токсину.
Нидервейс обнаружил TNT, ища что-то совершенно другое. Он охотился для внешних мембранных белков, которые могут действовать как дверь, чтобы позволить питательным веществам вне бактерий пройти через чрезвычайно непроницаемый, внешний мембранный барьер туберкулеза M. Группа Нидервейса думала, что они нашли такой размышляющий белок; но у этого была необычная собственность – часть конца белка прервалась после того, как пора сформировалась во внешней мембране, и та часть конца была чрезвычайно токсична, и в простых прокариотических клетках как бактерии и в более сложных эукариотических клетках дрожжей, млекопитающих и рыбы. В работе, опубликованной на Слушаниях Национальной академии наук в 2014, Нидервейс сказал, что это открытие «бросает вызов парадигме, что туберкулез M. – один из немногих бактериальных болезнетворных микроорганизмов, который не производит токсинов».
Текущая бумага полностью устанавливает эту новую парадигму, определяя механизм TNT-вызванного некротического некроза клеток на функциональных и структурных уровнях. Как оптический обман, где в сначала каждый видит вазу, и это тогда, кажется, два лица, всматривающиеся друг в друга, Niederweis первоначально, он полагал, что нашел внешнюю мембрану, размышляющую, который впускает питательные вещества и нес артефакт. Теперь он видит часть поры того белка как бактериальный автотранспортер (подобный замеченным у других бактерий), у которого есть миссия экспорта ее груза белка TNT к за пределами внешней мембраны.
После того, как тот экспорт сделан, пора транспортера остается во внешней мембране.Подобие гена TNT к последовательностям ДНК больше чем в 600 других бактериальных и грибковых напряжениях позволит исследование в области того, как этот новый класс токсинов может функционировать у других болезнетворных микроорганизмов, особенно в микроорганизмах, которые зависят от индукции некроза, чтобы выжить или распространиться.
Вот некоторые детали TNT:1) В трудоемком поиске молекулярной функции TNT, Джима Суна, доктор философии, postdoc в лаборатории Niederweis, нашел, что TNT гидролизирует существенный коэнзим nicotinamide аденин dinucleotide (NAD +).
Это объясняет, почему это убивает каждый тип клетки, в которую это клонировано, потому что NAD + необходим для нормального метаболизма клетки. Исследователи смогли клонировать ген TNT только, поместив его рядом с индуцибельным покровителем, который плотно подавляет транскрипцию, пока не вызвано. Фермент TNT гидролизирует NAD + в клетках и в пробирке. Это заблокировано антителами против TNT и определенными точечными мутациями TNT, которые устраняют всю ферментативную деятельность.
2) Тот некаталитический мутант TNT не в состоянии убить макрофаги, показывая, что деятельность гидролазы требуется для TNT-вызванного некроза клеток.3) Если бы TNT были произведены в туберкулезе M., он убил бы клетку.
Niederweis и коллеги нашли, что туберкулез M., подобный бактериальному патогенному Стрептококку pyogenes, производит антитоксин для своего токсина. Антитоксин TNT связывает с токсином и блокирует свою деятельность гидролазы, таким образом делая его безопасным в бактериях. Исследователи назвали фактор неприкосновенности антитоксина для TNT (IFT).4) Клонирование генов и для TNT и для IFT в E. coli, где IFT защищает бактерии от смерти, позволило исследователям производить количества миллиграмма TNT и IFT.
В совместном усилии, Джино Чинголани, доктор философии, преподаватель из Университета Томаса Джефферсона, произвел кристаллы очищенного комплекса белка и определил его молекулярную структуру к удивительной резолюции 1,1 А в течение недель. Молекула TNT сформирована как цепкая рука с пальцами на одной стороне и расширенным большим пальцем на другом. IFT вписывается в TNT как шар, проводимый в руке.5) Когда патогенный туберкулез M. растет в макрофаге phagosome, TNT быстро получает доступ к цитозоли зараженного макрофага и гидролизирует NAD +, исчерпывая что существенный кофактор.
Это начинает некротический некроз клеток через нисходящие сигналы, которые еще не характеризуются.Любопытно, литературный поиск показал, что неохарактеризованный, стабильный теплом NAD +-glycohydrolase деятельность в извлечениях клетки туберкулеза M. был описанный полвека назад, а также неохарактеризованный неустойчивый теплом ингибитор той деятельности гидролазы.
Несколько биохимических особенностей TNT и IFT, найденного теми матча лаборатории Niederweis из неохарактеризованных белков, описали в отчетах с 1960-х.Однако отсутствие современного оборудования и антитела сегодня и очень низкие уровни TNT, существующего при туберкулезе M., препятствовали тому, чтобы те исследователи нашли токсин.