Ученым из Университета Гронингена удалось включить управляемый светом переключатель в молекулу, используемую бактериями для определения кворума-процесс, с помощью которого бактерии связываются и впоследствии управляют различными клеточными процессами.С описанной молекулой, возможно или заблокировать или простимулировать сообщение. Это делает его очень полезным инструментом для дальнейших исследований бактериальной коммуникации и ее влияния на различные генетические пути. Результаты были опубликованы 15 апреля в журнале Chem .
Чтобы реагировать на окружающую среду, бактерии "разговаривают" друг с другом посредством химической связи, называемой "ощущением кворума". Клетки выделяют сигнальную молекулу и одновременно контролируют ее концентрацию. По мере того как большее количество клеток секретирует сигнальную молекулу, она может превышать пороговую концентрацию и активировать определенные генетические пути, например, производить токсины или формировать защитную биопленку.
Светочувствительный выключатель
"Если бы мы могли влиять на ощущение кворума, мы могли бы использовать его для лечения серьезных инфекций", - говорит органический химик Университета Гронингена Микель Хансен. - А еще было бы полезно исследовать, как именно работает кворумное зондирование."Для этого было бы полезно иметь модулятор восприятия кворума, который можно было бы контролировать извне. Именно поэтому Хансен и его коллеги из группы синтетической органической химии под руководством профессора Бена Феринги приступили к созданию светочувствительного переключателя в молекуле, используемой бактериями в качестве сигнала для определения кворума.
Молекула состоит из головки и гибкого углеродного хвоста, Соединенных через -кето-амидный линкер. План состоял в том, чтобы включить переключатель в хвост. "Это означало, что мы должны были соединить модифицированный хвост с головой через -кето-амидную связь. Однако, синтетический процесс для того чтобы получить это рычаг производит очень неустойчивое промежуточное звено, которое сделало почти невозможным синтезировать молекулу.'
Библиотека.
Основываясь на обширном опыте группы синтетической органической химии в Институте химии Стратинга Университета Гронингена, исследователи пришли к решению в виде новой реакции соединения со стабилизированным промежуточным продуктом. Используя это промежуточное звено, они смогли синтезировать фотопереключаемые производные быстрым и простым способом.
Хансен вместе со студентом магистратуры Жаком Хилле создали "библиотеку" из 16 различных соединений, которые потенциально могли действовать в качестве агонистов или антагонистов ощущения кворума. Все они были оснащены выключателем со светом. Все соединения были основаны на молекуле, которая используется в одной конкретной системе определения кворума в Pseudomonas aeruginosa, которая имеет около пяти из этих систем определения кворума.В сотрудничестве с молекулярными биологами из лаборатории профессора молекулярной микробиологии Арнольда Дриссена, также из Университета Гронингена, гены одной из этих систем были переданы репортерскому штамму E. coli, что позволило протестировать любое действие новых синтезированных соединений без вмешательства других механизмов кворума.
Производство токсина
Тесты на биоактивность полученных соединений показали, какие части молекулы имеют решающее значение для контроля кворума зондирования. Оптимальное число атомов углерода, составляющих хвост, оказалось равным четырем.Щелчок выключателя светом привел к изгибу хвоста. Примечательно, что прямой хвост не оказал никакого эффекта, в то время как изогнутый хвост вызвал сигнал кворума. Хансен: в целом, кажется, что небольшие изменения в молекуле могут оказать большое влияние на ее активность, но мы пока не знаем точно почему.'
Они нашли одно соединение, которое было способно сильно подавлять сигнал кворума и-после облучения светом, приводящего к изгибу хвоста-также сильно стимулировать его. Разница в активности была более чем в 700 раз, что является огромным. -Насколько нам известно, такой большой разницы никогда не наблюдалось для биологически активных молекул с выключенным светом."Эта молекула будет очень полезным инструментом для исследования того, как Бактерии общаются."В ходе исследования мы показали, что можем контролировать производство токсина в штамме Pseudomonas с помощью переключаемого модулятора.Это станет мощным инструментом как для клинических, так и для фундаментальных исследований механизма восприятия кворума.'