מדענים מזהים מולקולה צמחית שסופגת heme עשיר בברזל: הפפטיד משמש את הקטניות כדי לשלוט בחיידקים מקבעי חנקן; זה עשוי גם להציע לידים לטיפול בחולים עם יותר מדי heme בדם

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


יחסים סימביוטיים בין קטניות לחיידקים הגדלים בשורשיהם הם קריטיים להישרדות הצמחים. ללא אותם חיידקים, לצמחים לא יהיה מקור לחנקן, יסוד החיוני לבניית חלבונים וביומולקולות אחרות, והם יהיו תלויים בדשן חנקן באדמה.

כדי לבסס את הסימביוזה הזו, חלק מצמחי הקטניות מייצרים מאות פפטידים המסייעים לחיידקים לחיות בתוך מבנים המכונים גושים בתוך שורשיהם. מחקר חדש מ-MIT מגלה שלאחד מהפפטידים הללו יש תפקיד בלתי צפוי: הוא סופג את כל ההם הזמין, מולקולה המכילה ברזל. זה שולח את החיידקים למצב של הרעבה בברזל שמגביר את ייצור האמוניה שלהם, צורת החנקן שמיש לצמחים.

"זהו הראשון מבין 700 הפפטידים במערכת זו שעבורו עובד מנגנון מולקולרי מפורט באמת", אומר גרהם ווקר, הפרופסור לביולוגיה של האגודה האמריקנית לסרטן ב-MIT, פרופסור במכון הרפואי הווארד יוז, והבכיר הבכיר. מחבר המחקר.

לפפטיד הקודר המים הזה יכול להיות שימושים מועילים בטיפול במגוון מחלות אנושיות, אומרים החוקרים. הסרת heme חופשי מהדם עשויה לסייע בטיפול במחלות הנגרמות על ידי חיידקים או טפילים הזקוקים להם כדי לשרוד, כגון P. gingivalis (מחלת חניכיים) או טוקסופלזמה, או מחלות כמו מחלת תאי חרמש או אלח דם המשחררות יותר מדי heme לזרם הדם.

"מחקר זה מדגים שלמחקר בסיסי באינטראקציות בין צמחים למיקרובים יש גם פוטנציאל להיות מתורגם ליישומים טיפוליים", אומרת סיוה סנקרי, מדענית מחקרית מ-MIT והמחברת הראשית של המחקר, המופיע היום ב- מיקרוביולוגיה של הטבע.

מחברים אחרים של המאמר כוללים את Vignesh Babu, מדען מחקר ב-MIT; קווין ביאן ומרי אנדורפר, שניהם פוסט דוקטורט ב-MIT; Areej Alhhazmi, לשעבר מלגת KACST-MIT אבן ח'לדון לחוקרת נשים ערב הסעודית; קוואן יון ודנטה אבלוס, סטודנטים לתארים מתקדמים ב-MIT; טיילר סמית', מדריך MIT בביולוגיה; קתרין דרנן, פרופסור לכימיה וביולוגיה ב-MIT וחוקר במכון הרפואי הווארד יוז; מיכאל יפה, פרופסור למדעים של דוד ה. קוך וחבר במכון קוך לחקר סרטן אינטגרטיבי של MIT; וסבסטיאן לורידו, פרופסור לפיתוח קריירה משפחתית של Latham לביולוגיה ב-MIT וחבר במכון ווייטהד למחקר ביו-רפואי.

שליטה בברזל

במשך כמעט 40 שנה, המעבדה של ווקר חוקרת את הסימביוזה בין קטניות ל-rhizobia, סוג של חיידקים הקובעים חנקן. חיידקים אלו הופכים גז חנקן לאמוניה, שלב קריטי במחזור החנקן של כדור הארץ שהופך את היסוד לזמין לצמחים (ולבעלי חיים שאוכלים את הצמחים).

רוב עבודתו של ווקר התמקדה בצמח דמוי תלתן בשם Medicago truncatula. חיידקים מקבעים חנקן מעוררים היווצרות של גושים על שורשי הצמחים הללו ובסופו של דבר מגיעים בתוך תאי הצמח, שם הם הופכים לצורתם הסימביוטית הנקראת בקטרואידים.

לפני מספר שנים, ביולוגים צמחיים גילו זאת Medicago truncatula מייצרת כ-700 פפטידים התורמים להיווצרותם של בקטרואידים אלו. פפטידים אלה נוצרים בגלים המסייעים לחיידקים לבצע את המעבר מחיים חופשיים להטבעה בתאי צמחים, שם הם פועלים כמכונות לקיבוע חנקן.

ווקר ותלמידיו בחרו באחד מהפפטידים הללו, המכונה NCR247, כדי לחפור לעומקו. מחקרים ראשוניים גילו שכאשר חיידקים מקבעים חנקן נחשפו לפפטיד זה, 15 אחוז מהגנים שלהם הושפעו. רבים מהגנים שהפכו פעילים יותר היו מעורבים בייבוא ​​ברזל.

לאחר מכן גילו החוקרים שכאשר איחו את NCR247 לחלבון גדול יותר, החלבון ההיברידי היה בצבע אדמדם באופן בלתי צפוי. תצפית סתמית זו הובילה לגילוי ש-NCR247 קושר את heme, מולקולה אורגנית המכילה ברזל בצורת טבעת שהיא מרכיב חשוב בהמוגלובין, החלבון שכדוריות הדם האדומות משתמשות בו כדי לשאת חמצן.

מחקרים נוספים גילו שכאשר NCR247 משתחרר לתאי חיידקים, הוא סופח את רוב ה-heme בתא, ושולח את התאים למצב של הרעבה בברזל שמפעיל אותם להתחיל לייבא עוד ברזל מהסביבה החיצונית.

"בדרך כלל חיידקים מכווננים את חילוף החומרים של הברזל שלהם, והם לא קולטים יותר ברזל כשכבר יש מספיק", אומר סנקרי. "מה שמגניב בפפטיד הזה הוא שהוא עוקף את המנגנון הזה ומווסת בעקיפין את תכולת הברזל של החיידקים".

Nitrogenase, האנזים העיקרי שחיידקים משתמשים בו לקיבוע חנקן, דורש 24 עד 32 אטומים של ברזל לכל מולקולת אנזים, כך שזרימה של ברזל נוסף עשויה לעזור לאנזימים האלה להיות פעילים יותר, אומרים החוקרים. הזרם הזה מתוזמן לחפוף לקיבוע חנקן, הם מצאו.

"הפפטידים הללו מיוצרים בגל בגושים, והייצור של הפפטיד המסוים הזה גבוה יותר כאשר החיידקים מתכוננים לקיבוע חנקן. אם הפפטיד הזה היה מופרש לאורך כל התהליך, אז בתא יהיה יותר מדי ברזל כל זמן, וזה רע לתא", אומר סנקרי.

ללא הפפטיד NCR247, Medicago truncatula ו-rhizobium אינו יכול ליצור סימביוזה יעילה לקיבוע חנקן, הראו החוקרים.

"הרבה כיוונים אפשריים"

לפפטיד שחקרו החוקרים בעבודה זו עשוי להיות שימושים טיפוליים פוטנציאליים. כאשר ההם משולב בהמוגלובין, הוא מבצע תפקיד קריטי בגוף, אך כאשר הוא משוחרר בזרם הדם, הוא יכול להרוג תאים ולקדם דלקת. heme חופשי יכול להצטבר בדם מאוחסן, כך שדרך לסנן את heme לפני עירוי הדם לחולה עשויה להיות שימושית.

מגוון מחלות אנושיות מובילות להמי חופשי במחזור הדם, כולל אנמיה חרמשית, אלח דם ומלריה. בנוסף, חלק מהטפילים והחיידקים הזיהומיים תלויים בהמה לצורך הישרדותם, אך אינם יכולים לייצר אותו, ולכן הם מוציאים אותו מסביבתם. טיפול בזיהומים כאלה עם חלבון שתופס את כל ההם הזמין יכול לעזור למנוע מהתאים הטפיליים או החיידקיים את היכולת לגדול ולהתרבות.

במחקר זה, לורידו וחברי המעבדה שלו הראו כי טיפול בטפיל Toxoplasma gondii עם NCR427 מנע מהטפיל ליצור פלאקים על תאים אנושיים.

החוקרים רודפים כעת אחר שיתופי פעולה עם מעבדות אחרות ב-MIT כדי לחקור כמה מהיישומים הפוטנציאליים הללו, עם מימון ממענק מחקר של פרופסור עמר ג'. בוזה.

"יש הרבה כיוונים אפשריים, אבל כולם בשלב מוקדם מאוד", אומר ווקר. "מספר היישומים הקליניים הפוטנציאליים הוא רחב מאוד. אתה יכול לשים יותר מהימור אחד במשחק הזה, וזה דבר מסקרן".

נכון לעכשיו, החלבון האנושי hemopexin, שגם נקשר להם, נחקר כטיפול אפשרי לאנמיה חרמשית. הפפטיד NCR247 יכול לספק חלופה קלה יותר לפריסה, אומרים החוקרים, מכיוון שהוא הרבה יותר קטן ויכול להיות קל יותר לייצור ולהעביר אותו לגוף.

המחקר מומן בחלקו על ידי מרכז MIT למדעי הבריאות הסביבתית, הקרן הלאומית למדע והמכונים הלאומיים לבריאות.



קישור לכתבת המקור – 2022-08-11 20:53:31

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס

עוד מתחומי האתר