Forscher entdecken 45 neue Giftstoffe, die von Salmonellenbakterien produziert werden

Forscher der Universität São Paulo (USP) in Brasilien haben 45 neue Toxine entdeckt, die von produziert werden Salmonellen Bakterien, von denen einige mit lebensmittelbedingten Infektionen in Zusammenhang stehen. Die Studie wurde am Center for Research in Bacterial and Bacteriophage Biology (B3 RIDC) durchgeführt und in der Fachzeitschrift veröffentlicht PLOS-Biologie. Es zeigt sich, dass diese Stoffe vor allem im Wettbewerb der Mikroorganismen um Platz und Ressourcen agieren. Die Studie legt auch nahe, dass diese Substanzen in Zukunft die Entwicklung neuer Antibiotika, eingehende Studien am Menschen und biotechnologische Anwendungen inspirieren könnten.

Das B3 ist eines der von FAPESP unterstützten Forschungs-, Innovations- und Verbreitungszentren (RIDCs).

Um das mikroskopische Arsenal des Erregers zu untersuchen, analysierte das Team genetische Daten von Salmonellen und sein Typ-VI-Sekretionssystem (T6SS), ein speerartiges System, mit dem das Bakterium Effektoren wie Toxine, die die Funktion anderer Zellen beeinträchtigen, in die Umgebung oder direkt in konkurrierende Mikroorganismen injiziert. Mithilfe von Computertools analysierte das Team das genetische Material von 6.165 Proben aus 149 verschiedenen Serovaren Salmonella entericaIdentifizierung potenzieller Toxine und Vergleich der Sequenzen verschiedener Bakterien. Sie schlossen ihre Funktionen auch aufgrund von Ähnlichkeiten mit bekannten Proteinen ab.

Insgesamt wurden 128 Arten von Toxinen identifiziert, von denen sich 45 stark von allen bekannten Toxinen unterschieden und noch nie zuvor von der Wissenschaft beschrieben wurden. „Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die Vielfalt bakterieller Toxine und Antitoxine weltweit sehr hoch ist, wobei neue Sorten entstehen oder sich radikal von bekannten verwandten Varianten unterscheiden“, erklärt Robson Francisco de Souza, Leiter der Bioinformatikgruppe am Laboratory of Protein Structure and Evolution am USP, Forscher am B3 RIDC und einer der Autoren der Studie.

Die identifizierten Moleküle wirken auf unterschiedliche Weise. Einige konkurrieren mit anderen Bakterien, während andere eukaryotische Zellen beeinträchtigen, darunter die von Pilzen, Hefen, Algen und sogar Säugetieren. „Es ist möglich, dass einige von ihnen eine direkte Rolle bei menschlichen Infektionen spielen, aber um diese Hypothese zu bestätigen, müssten wir identifizieren, welcher Stamm die Gene trägt, die auf Eukaryoten abzielen, und ihre Wirkung auf Zellen und Infektionen experimentell bewerten“, bemerkt der Forscher.

Diese Vielfalt spiegelt sich auch in der Verteilung der entdeckten Effektoren unter den verschiedenen wider Salmonellen Gruppen. Der Artikel zeigt, dass jede Gruppe eine einzigartige Kombination von Molekülen aufweist, die vom T6SS abgesondert werden. Dies deutet darauf hin, dass das Bakterium aufgrund von Umweltbelastungen bestimmte Effektoren auswählt und aufrechterhält. „Die Entwicklung dieser Systeme und dieser Vielfalt wird sowohl durch Gen-Rekombination, die häufig zur Erzeugung und Aktivierung neuer Toxine erfolgt, als auch durch natürliche Selektion vorangetrieben, die in einem Szenario biologischer Konflikte ein Wettrüsten unter Bakterien anheizt“, erklärt Souza.

Das legen auch die Daten nahe Salmonellen Untergruppen, die aus natürlichen Umgebungen entnommen wurden, weisen eine größere Anzahl von Effektoren auf als solche, die von Patienten gesammelt wurden. Dies weist darauf hin, dass die Toxinvielfalt in Kontexten mit einer größeren Vielfalt an Konkurrenten zunimmt. „Das liegt daran, dass der Mikroorganismus mit dem Auftauchen neuer Herausforderungen und Gegner neue Werkzeuge entwickeln muss, um in diesen Ressourcenstreitigkeiten zu glänzen“, erklärt der Forscher.

Laut Souza sollten diese Erkenntnisse unser Verständnis der bakteriellen Konkurrenzstrategien verbessern und den Weg für neue klinische und biotechnologische Anwendungen ebnen. „Vielleicht haben wir sogar Anwendungen, mit denen wir noch nicht rechnen können“, prognostiziert er. „Wir glauben das, weil einige unserer früheren Arbeiten gezeigt haben, dass wichtige eukaryontische Proteine ​​aus bakteriellen Toxinen stammen“, fügt er hinzu und hebt das Potenzial dieser Verbindungen in verschiedenen biologischen Kontexten hervor.

Souza betont, dass das Feld noch lange nicht ausgeschöpft sei. „Bakterien wie Salmonellen, Acinetobacter und andere Organismen bieten immer noch Möglichkeiten, die Rolle dieser Toxine in ökologischen Interaktionen zu verstehen„“, stellt er fest. „Wir investieren weiterhin in die Entwicklung von Software und Pipelines, um diese Art der Analyse zu automatisieren und die Untersuchung auf neue Abstammungslinien wie Archaeen und weniger bekannte Bakterien auszuweiten, die noch mehr Möglichkeiten für diese Art von Entdeckungen bieten„, schließt er.

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