Những dạng sống không cần trí óc có khả năng thực hiện một số điều đáng kinh ngạc. Nghe có vẻ giống như nhiên liệu ác mộng trong khoa học viễn tưởng, nhưng một số vi khuẩn có thể tiến hành chiến tranh hóa học tự sát.

Vi khuẩn gây bệnh khiến chúng ta bị bệnh bằng cách tiết ra chất độc. Mặc dù việc giải phóng các hạt nọc độc nhỏ đã được hiểu rõ nhưng các phương pháp giải phóng các hạt nọc độc lớn hơn cho đến nay vẫn chưa được chúng ta nắm bắt. Nhà nghiên cứu Stefan Runser, giám đốc Viện Sinh lý học Phân tử Max Planck, và nhóm của ông cuối cùng đã phát hiện ra mầm bệnh côn trùng… côn trùng Yersinia (tấn công bọ cánh cứng) giải phóng độc tố phân tử lớn của chúng.

Họ phát hiện ra rằng một số “tế bào chiến binh” hy sinh bản thân và phát nổ để phát tán chất độc vào bên trong nạn nhân. Các nhà nghiên cứu cho biết trong bài báo: “YenTc dường như là ví dụ đầu tiên về chất độc chống sinh vật nhân chuẩn sử dụng loại hệ thống bài tiết mới này”. Stady Được công bố gần đây trên tạp chí Nature.

Im lặng và chết chóc

Y. côn trùng ăn một phần của Yersinia Một chi gần với vi khuẩn gây bệnh dịch hạch, tạo ra chất được gọi là độc tố Tc. Các phân tử của chúng có kích thước lớn tương đương với độc tố của vi khuẩn, nhưng, giống như hầu hết các phân tử độc tố nhỏ hơn, chúng vẫn cần đi qua ba màng tế bào của vi khuẩn trước khi thoát ra ngoài để tiêu diệt vật chủ. Anh ấy đã tìm thấy Rauncer ở A.J Nghiên cứu trước đây Các phân tử Tc độc hại xuất hiện bên ngoài vi khuẩn. Điều anh ấy muốn thấy tiếp theo là cách thức và thời điểm vi khuẩn tạo ra chúng xuất hiện.

Để biết loại môi trường lý tưởng cho anh ấy Y. côn trùng ăn Để giải phóng YenTC, vi khuẩn được đặt trong môi trường axit (PH dưới 7) và môi trường kiềm (PH trên 7). Mặc dù chúng không giải phóng nhiều trong môi trường axit nhưng vi khuẩn phát triển mạnh ở độ pH cao của môi trường kiềm và việc tăng độ pH dẫn đến giải phóng nhiều độc tố hơn. Môi trường có độ pH cao nhất của bọ cánh cứng nằm ở khoảng giữa ruột của nó, vì vậy người ta cho rằng phần lớn chất độc được giải phóng khi vi khuẩn tiếp cận khu vực đó.

Thật khó để xác định cách khởi chạy YenTc. Khi nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp quang phổ khối để xem xét kỹ hơn chất độc, họ phát hiện ra rằng nó thiếu một thứ gì đó: Không có chuỗi tín hiệu nào báo hiệu cho vi khuẩn rằng nó cần di chuyển protein ra khỏi vi khuẩn. Chuỗi tín hiệu, còn được gọi là peptide tín hiệu, là một loại chất đánh dấu nhúng để bài tiết. Chúng có nhiệm vụ gắn các protein (độc tố là protein) vào một phức hợp ở màng tế bào trong cùng để đẩy chúng đi qua. Nhưng có vẻ như YenTC không cần chuỗi tín hiệu để xuất chất độc của nó sang vật chủ.

Về vụ nổ

Vậy chất diệt côn trùng này giải phóng YenTc, chất độc nguy hiểm nhất của nó như thế nào? Thử nghiệm đầu tiên là việc gỡ xuống. Trong khi YenTc không có chuỗi tín hiệu, vi khuẩn có hệ thống bài tiết khác nhau đối với các chất độc khác mà chúng thải ra. Raunser tin rằng việc phá vỡ các hệ thống bài tiết này bằng cách chỉnh sửa gen có thể tiết lộ nguyên nhân gây ra sự bài tiết YenTc. Mỗi hệ bài tiết ở Y. côn trùng ăn Chúng bị loại bỏ cho đến khi không còn sót lại nhưng vi khuẩn vẫn có khả năng tiết ra YenTc.

Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng kính hiển vi huỳnh quang để quan sát vi khuẩn giải phóng độc tố. Họ chèn một gen mã hóa protein huỳnh quang vào gen độc tố để vi khuẩn phát sáng khi tạo ra độc tố. Trong khi không phải tất cả Y. côn trùng ăn Các tế bào tạo ra YenTc, những tế bào tạo ra YenTc, có xu hướng lớn hơn và chậm chạp hơn. Để kích thích bài tiết, độ pH được nâng lên mức kiềm. Các tế bào không sản xuất đã thực hiện công việc của mình, nhưng các tế bào biểu hiện YenTc chỉ mất vài phút để sụp đổ và giải phóng độc tố.

Đây được gọi là hệ thống bài tiết chất tan, bao gồm sự phá vỡ thành tế bào hoặc màng tế bào để giải phóng độc tố.

Các nhà nghiên cứu cho biết: “Ví dụ điển hình về sự hợp tác tự hủy diệt ở vi khuẩn chứng minh rằng sự giải phóng YenTc là kết quả của quá trình suy thoái có kiểm soát dành riêng cho việc giải phóng độc tố chứ không phải là một quá trình bài tiết thông thường, điều này giải thích cho quan sát khó hiểu ban đầu của chúng tôi về các protein ngoại bào không điển hình”. học. như nhau Stady.

Yersinia Chúng cũng bao gồm các vi khuẩn gây bệnh gây bệnh lao và bệnh dịch hạch, những căn bệnh đã tàn phá con người. Bây giờ có một cơ chế bài tiết Yersinia Loài này đã được phát hiện và Raunser muốn nghiên cứu thêm về chúng, cùng với các loại mầm bệnh khác, để xem liệu có sinh vật nào khác có tế bào lính cảm tử sử dụng cơ chế phân hủy tương tự để giải phóng độc tố hay không.

Khám phá Y. côn trùng ănSự bùng nổ các tế bào của cơ thể cuối cùng có thể đồng nghĩa với việc các liệu pháp của con người nhắm vào các tế bào kamikaze. Trong lúc đó, ít nhất chúng ta có thể cảm thấy nhẹ nhõm vì mình không phải là bọ.

Vi sinh tự nhiên, 2024. DOI: 10.1038/s41564-023-01571-z