Das Tool hilft, bakterielle Infektionen in Echtzeit zu erkennen

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Xiang David Li vom Department of Chemistry der University of Hong Kong (HKU) hat ein neuartiges chemisches Werkzeug entwickelt, um aufzuzeigen, wie sich Bakterien an die Wirtsumgebung anpassen und Wirtszellen kontrollieren. Dieses Tool kann verwendet werden, um bakterielle Interaktionen mit dem Wirt während einer Infektion in Echtzeit zu untersuchen, was mit anderen Methoden nicht einfach zu erreichen ist. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Naturchemische Biologie.

Krankheitserregende Bakterienarten bedrohen die menschliche Gesundheit auf der ganzen Welt, obwohl sie Schätzungen zufolge nur weniger als hundert sind. Beispielsweise verursacht eine Infektion mit Mycobacterium tuberculosis Tuberkulose, die jedes Jahr zu mehr als einer Million Todesfällen führt. Es war die tödlichste Infektionskrankheit der Welt, bis sie von COVID-19 überholt wurde. Trotz wirksamer Antibiotikabehandlungen ist die mehrfach resistente Tuberkulose weltweit zu einem wachsenden Problem geworden. Daher ist ein umfassenderes Verständnis darüber, wie Bakterien ihren menschlichen Wirt infizieren, der Schlüssel zur Entwicklung neuer Medikamente und Therapien.

Wenn Bakterien auf ihren Wirt (z. B. menschliche Zellen) treffen, senden sie „Attentäter“ (Virulenzfaktorproteine) aus, die wichtige Proteinakteure des Wirts „entführen“, um während einer Invasion Chaos zu säen. Daher ist die Untersuchung, welche Virulenzfaktoren Bakterien sezernieren und welche Wirtsproteine ​​angegriffen werden, von entscheidender Bedeutung für das Verständnis bakterieller Infektionen. Es kann jedoch äußerst schwierig sein, diese Hauptakteure in den „überfüllten Straßen“ (übermäßige zelluläre Matrix des Wirts) zu identifizieren.

Um diese Herausforderung anzugehen, entwarf die Gruppe von Professor Li eine multifunktionale unnatürliche Aminosäure namens Photo-ANA, die nur Proteine ​​der gentechnisch veränderten Bakterien, nicht aber des Wirts während der Infektion markiert. Mit Hilfe seines Alkingriffs kann Photo-ANA mit Fluoreszenz oder Biotin über eine mit dem Nobelpreis ausgezeichnete chemische Reaktion („Klick“-Chemie) konjugieren, was die Visualisierung und Anreicherung der markierten bakteriellen Proteine ​​​​aus der komplexen Wirtsumgebung ermöglicht. Daher dient Photo-ANA als „Undercover-Agent“, um Informationen zu sammeln und alle von den Bakterien gesendeten „Attentäter“ zu markieren. Noch wichtiger ist, dass Photo-ANA auch eine Diaziringruppe trägt, die die bakteriellen Virulenzproteine ​​​​an ihre Wirtszielproteine ​​“handschellen“ kann, wenn sie ultraviolettem (UV) Licht ausgesetzt werden, wodurch sie auf frischer Tat ertappt werden.

Mithilfe von Photo-ANA erstellte die Gruppe von Professor Li ein umfassendes Profil der Anpassung von Salmonella, Bakterien, die schweren Durchfall verursachen können, an die Wirtsumgebung und enthüllte das umfangreiche Zusammenspiel zwischen Salmonella und dem Wirt während verschiedener Infektionsstadien, wodurch bekannte Wechselwirkungen und einige neu entdeckte Wechselwirkungen identifiziert wurden . Darüber hinaus kann der Photo-ANA-basierte Ansatz leicht auf andere pathogene Bakterien und sogar andere Krankheitserreger wie Pilze angewendet werden.

Mit diesem neuen chemischen Werkzeug können Wissenschaftler nun die Aktivität von Bakterien im Inneren des Wirts in Echtzeit untersuchen. In Zukunft könnte uns dieses Tool helfen, die verborgenen Wechselwirkungen tödlicher Bakterien mit dem Wirt und die Mechanismen multiresistenter Superbugs zu entschlüsseln, was unser Verständnis von Infektionskrankheiten erweitern und zu neuen Behandlungen inspirieren wird.