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Menschliche Zellen stellen eine seifenartige Substanz her, die Bakterien zerstört

Einige menschliche Zellen geben angesichts bakterieller Eindringlinge eine überraschende Substanz ab: Seife.

Diese Zellen, die nicht Teil des Immunsystems sind, setzen ein waschmittelähnliches Protein frei, das Brocken der inneren Membranen von Bakterien auflöst und die Eindringlinge tötet, berichten Forscher in der Ausgabe vom 16. Juli Wissenschaft.

Die „professionellen“ Akteure des Immunsystems, wie Antikörper oder weiße Blutkörperchen, erhalten viel Aufmerksamkeit, aber „alle Zellen sind mit einer gewissen Fähigkeit ausgestattet, Infektionen zu bekämpfen“, sagt der Immunologe John MacMicking, ein Forscher des Howard Hughes Medical Institute an der Yale University .

Beim Menschen wurden diese alltäglichen zellulären Abwehrmechanismen oft übersehen, sagt MacMicking, obwohl sie Teil eines „uralten und ursprünglichen Abwehrsystems“ sind und die Entwicklung neuer Behandlungsmethoden für Infektionen beeinflussen könnten.

Nichtimmune Zellen verlassen sich oft auf eine Warnung von ihren professionellen Gegenstücken, um Infektionen zu bekämpfen. Bei der Erkennung von Außenstehenden lösen spezialisierte Immunzellen ein Alarmsignal aus, das Interferon-Gamma genannt wird. Dieses Signal weckt andere Zellen, einschließlich Epithelzellen, die den Rachen und den Darm auskleiden und oft von Krankheitserregern angegriffen werden, zum Handeln.

MacMicking und Kollegen suchten nach der molekularen Grundlage dieser Wirkung, indem sie Laborversionen menschlicher Epithelzellen mit Salmonellen Bakterien, die das nährstoffreiche Innere der Zellen ausnutzen können. Dann durchsuchte das Team über 19.000 menschliche Gene und suchte nach solchen, die einen gewissen Schutz vor Infektionen boten.

Ein Gen, das Anweisungen für ein Protein namens APOL3 enthält, stach heraus. Als dieses Gen deaktiviert wurde, erlagen die Epithelzellen einem Salmonellen Infektion, auch wenn durch Interferon-Gamma gewarnt. Als die Forscher mit Hochleistungsmikroskopie APOL3-Moleküle in Aktion in Wirtszellen heranzoomen, stellten die Forscher fest, dass das Protein eindringende Bakterien ausschwärmt und sie irgendwie tötet.

APOL3 proteinlösende Salmonellen
Menschliche Epithelzellen können auf a . reagieren Salmonellen Infiltration durch Freisetzung eines Moleküls namens APOL3 (schwarze Punkte in diesem Mikroskopbild), das wie ein Detergens wirkt, um Teile der inneren Membran der Bakterien aufzulösen.RG Gaudet et al/Wissenschaft 2021

Salmonellen sind robuste Mikroben, die durch eine äußere und innere Membran geschützt sind, eine Eigenschaft, die viele verschiedene Bakterienarten teilen. Diese Doppelschicht macht es schwer, diese Bakterien abzutöten, aber weitere Untersuchungen zeigten, wie APOL3 und ein anderes Molekül, GBP1, zusammenarbeiten, um dies zu erreichen. GBP1 lockert irgendwie die äußere Membran des Bakteriums und öffnet Türen für APOL3, um seinen Tod durch Auflösung an die innere Lipidmembran zu liefern. APOL3 hat sowohl wasserliebende als auch lipidliebende Anteile, die es an die innere Membran binden und in die intrazelluläre Flüssigkeit auflösen, wie Seife, die Fett wegwäscht.

„Wir waren ein bisschen überrascht, eine waschmittelähnliche Aktivität in menschlichen Zellen zu finden“, sagt MacMicking, da ein solches Molekül auch Wirtsmembranen auflösen könnte. Die Forscher fanden jedoch heraus, dass APOL3 spezifisch auf in Bakterien vorkommende Lipide abzielt und seine Aktivität durch Cholesterin, einen häufigen Bestandteil der Zellmembranen von Säugetieren, blockiert wird, wodurch menschliches Gewebe unberührt bleibt.

„Alles an diesen Ergebnissen ist supercool“, sagt Jessica Brinkworth, eine evolutionäre Immunologin an der University of Illinois in Urbana-Champaign, die nicht an der Studie beteiligt war. Viele Infektionen beginnen in diesen Epithelzellen, und zu verstehen, wie sie sich wehren, ist entscheidend für die Entwicklung zukünftiger Behandlungen, sagt sie.

„Das wirklich interessante Ergebnis ist, wie APOL3 zwischen Bakterienmembranen und Wirtsmembranen unterscheiden kann“, sagt sie. Dass die Evolution einen so eleganten Weg gefunden hat, dieses mächtige Werkzeug zu kontrollieren, „ist eine schöne Sache“.

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