病毒如何感染細菌
噬菌體是感染細菌的病毒。EPFL科學家使用最先進的工具描述了噬菌體用于破壞細菌表面的百萬個原子“尾巴”。這一突破對科學和醫(yī)學產(chǎn)生了重大影響,因為噬菌體廣泛用于研究。為了感染細菌,大多數(shù)噬菌體都使用“尾巴”刺穿并刺穿細菌膜,使病毒的遺傳物質(zhì)通過。最復雜的尾部由圍繞管的收縮護套組成,該管類似于納米級的拉伸螺旋彈簧。當病毒附著在細菌表面時,鞘收縮并驅(qū)動管穿過它。所有這一切都由尾部末端的一百萬個原子底板結構控制。EPFL科學家現(xiàn)在以原子細節(jié)展示了底板如何通過尾鞘的收縮協(xié)調(diào)病毒與細菌的附著。這一突破成為了大自然的封面,對科學和醫(yī)學具有重要意義。
噬菌體廣泛分布在這個星球上。它們隨處可見細菌 - 土壤,水,溫泉,藻華,動物腸等 - 并對細菌種群的多樣性產(chǎn)生巨大影響,包括例如人體腸道的微生物組。噬菌體也是遺傳學和分子生物學中不可或缺的工具,甚至被開發(fā)為抗生素的替代品。然而,這些病毒附著于宿主細胞并傳遞其遺傳物質(zhì)的機制仍然知之甚少。
EPFL的Petr Leiman實驗室現(xiàn)已創(chuàng)建了噬菌體底板轉化的詳細原子級模型,這是一種重要的結構,可控制噬菌體發(fā)現(xiàn)其靶細菌并附著于其上的能力,收縮它的尾巴并注入其脫氧核糖核酸。整個底板 - 尾管復合物由一百萬個原子組成,由145種15種不同蛋白質(zhì)組成,其中大多數(shù)必須從頭開始建模。為此,Leiman的實驗室使用了巴塞爾大學的細胞成像和納米分析中心(C-CINA)的最先進設備以及EPFL高性能計算部門的計算資源。
科學家們還能夠在底板中識別出一組最小的分子成分,它們像微型齒輪一樣協(xié)同工作,以控制病毒尾部的活動。這些組件和潛在的功能機制在許多病毒甚至細菌中是相同的,這些病毒使用類似的尾狀結構將毒素注入相鄰細胞。
“這些研究結果對于我們理解這些可收縮的尾狀系統(tǒng)如何工作非常重要,”雷曼說。“但他們也為可以在原子水平上描述的生物系統(tǒng)的復雜性設定了基準。” 人體內(nèi)含有的細菌幾乎與人體細胞一樣多(30-40萬億),人體腸道微生物群可能成為未來個性化醫(yī)療的重要目標。“很明顯,我們需要了解這些細菌相互作用的詳細機制以及噬菌體如何參與這些相互作用。”
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