Блог

Apr 29, 2023

Схема экспериментов показывает, что Clostridium novyi

Том коммуникативной биологии

Биология связи, том 6, Номер статьи: 118 (2023) Цитировать эту статью

1357 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Хотя Clostridium novyi-NT является противораковым бактериальным препаратом, который прорастает в гипоксических опухолях и убивает раковые клетки, фактические пусковые механизмы прорастания C. novyi-NT до сих пор неизвестны. В этом исследовании мы проверяем проростки-кандидаты, используя комбинаторные экспериментальные планы, и по счастливой случайности обнаруживаем, что D-валин является мощным прорастающим веществом, индуцирующим прорастание 50% спор при концентрации 4,2 мМ. Дальнейшие исследования показали, что пять аналогов D-валина также являются проростками, а четыре из этих аналогов представляют собой энантиомерные пары. Этот стереогибкий эффект L- и D-аминокислот показывает, что прорастание спор представляет собой сложный процесс, в котором энантиомерные взаимодействия могут мешать. Это исследование также идентифицирует L-цистеин как проросток, а гипоксантин и инозин - как со-проростцы. Некоторые другие аминокислоты способствуют (L-валин, L-гистидин, L-треонин и L-аланин) или ингибируют (L-аргинин, L-глицин, L-лизин, L-триптофан) прорастание в зависимости от взаимодействия. D-аланин подавляет любое прорастание, даже в сложных питательных средах. Эта работа закладывает основу для повышения эффективности прорастания спор C. novyi-NT в опухолях.

Clostridium novyi Type A – облигатная анаэробная спорообразующая бактерия, вызывающая клостридиальный мионекроз, большую головку и некротический гепатит у овец, коз и свиней1. Примечательно, что он является причиной опухшей головы барана «Диккоп», инфекции, которая возникает через раны, нанесенные между молодыми баранами во время драк, причем смерть наступает в течение 48–72 часов2. C. novyi является более возбудителем у крупного рогатого скота, чем у людей, за исключением спорадической вспышки инфекции среди потребителей наркотиков в Шотландии, чей героин был заражен спорами C. novyi3.

C. novyi-NT, нелетальная версия бактерий дикого типа, созданная за счет ослабления альфа-токсина, в настоящее время проходит клинические испытания в качестве экспериментального терапевтического средства для лечения солидных опухолей4,5. Терапевтический потенциал C. novyi-NT обусловлен его способностью избирательно колонизировать гипоксические области (<0,5% кислорода) опухолей и оказывать локализованный цитотоксический эффект6. Хотя другие клостридии, предшествующие C. novyi-NT, были исследованы на предмет их противоопухолевого эффекта, C. novyi-NT был первым, который вводился в виде спор вместо вегетативных палочек4. Помимо относительной неиммуногенности, введение C. novyi-NT в виде спор добавляет дополнительный уровень опухолевой специфичности, поскольку прорастанию благоприятствует гипоксическая микроокружение опухоли4,6. Споры, находясь в состоянии покоя, также устойчивы к кислороду, который в противном случае убил бы их в вегетативной форме6. Хотя споры, таким образом, являются идеальной формой клостридий для лечения опухолей, мало что известно о том, что заставляет споры C. novyi-NT прорастать, кроме потребности в восстанавливающей среде. Кроме того, остается загадкой, что делает C. novyi-NT эффективным колонизатором для некоторых опухолей, но не для других7.

Наши текущие знания о бактериальных спорах и их прорастании во многом основаны на родах Bacillus и Clostridium8,9. По сути, бактерии образуют споры, когда метаболические ресурсы недостаточны, но прорастают, когда снова преобладают условия, богатые ресурсами. Способность терпеливо ждать возвращения благоприятных условий в состоянии покоя обеспечивает преимущество спорулирующих бактерий в выживании. У патогенных бактерий этот циклический процесс стимулирует патогенез, поскольку однажды доброкачественные споры заражают окружающую среду, прорастая в вегетативные формы, продуцирующие токсины10,11,12. Прорастание можно разделить на два этапа13. Первый этап начинается с взаимодействия низкомолекулярных питательных проростков со специфическими белками, называемыми рецепторами прорастания (GR). Активация ГР вызывает высвобождение одновалентных катионов (H+, K+ и Na+) и дипиколината кальция (CaDPA), а также частичную гидратацию ядра споры. На втором этапе слой коры споры гидролизуется, что приводит к расширению ядра и полной гидратации, завершая переход из состояния покоя. Впоследствии ДНК, синтез белка и ключевые метаболические пути становятся активными, что приводит к росту вегетативной формы14.