Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà khoa học đã thành công trong việc kết hợp một công tắc điều khiển ánh sáng vào một phân tử được sử dụng bởi vi khuẩn để cảm nhận cảm biến đại biểu (quorum sensing) – một quá trình vi khuẩn giao tiếp và sau đó kiểm soát các quá trình tế bào khác nhau. Với phân tử được mô tả, có thể ức chế hoặc kích thích giao tiếp, làm cho nó trở thành một công cụ hữu ích để nghiên cứu về giao tiếp của vi khuẩn và ảnh hưởng của nó trên các con đường di truyền khác nhau.
Các nhà khoa học từ Đại học Groningen đã thành công trong việc kết hợp một công tắc điều khiển ánh sáng thành một phân tử được sử dụng bởi vi khuẩn để cảm nhận cảm biến đại biểu (quorum sensing) – một quá trình mà vi khuẩn giao tiếp và sau đó kiểm soát các quá trình tế bào khác nhau. Với các phân tử được mô tả, có thể ức chế hoặc kích thích giao tiếp. Điều này làm cho nó trở thành một công cụ rất hữu ích để nghiên cứu sâu hơn về giao tiếp vi khuẩn và ảnh hưởng của nó trên các con đường di truyền khác nhau. Kết quả được công bố vào ngày 15 tháng 4 trên tạp chí Chem .
Để đáp ứng với môi trường của chúng, vi khuẩn ‘nói chuyện’ với nhau thông qua một hình thức giao tiếp hóa học gọi là cảm biến đại biểu. Các tế bào tiết ra một phân tử tín hiệu và đồng thời theo dõi nồng độ của nó. Khi nhiều tế bào tiết ra phân tử tín hiệu, nó có thể vượt quá nồng độ ngưỡng và kích hoạt một số con đường di truyền nhất định, ví dụ, để tạo ra độc tố hoặc hình thành màng sinh học bảo vệ.
“Nếu chúng ta có thể tác động đến cảm biến đại biểu, chúng ta có thể sử dụng nó để điều trị các bệnh nhiễm trùng nghiêm trọng”, nhà hóa học hữu cơ của Đại học Groningen, Mickel Hansen nói. ‘Và nó cũng sẽ hữu ích để điều tra làm thế nào cảm biến đại biểu chính xác hoạt động.’ Để làm điều này, sẽ rất hữu ích khi có một bộ điều biến cảm biến đại biểu có thể được kiểm soát bên ngoài. Đó là lý do tại sao Hansen và các đồng nghiệp trong nhóm hóa học hữu cơ tổng hợp do Giáo sư Ben Feringa dẫn đầu đã xây dựng một công tắc nhạy sáng thành một phân tử được sử dụng bởi vi khuẩn như một tín hiệu cho cảm biến đại biểu.
Phân tử này được tạo thành từ một cái đầu và một cái đuôi dựa trên carbon linh hoạt, được kết nối thông qua một liên kết-keto-amide. Kế hoạch là kết hợp một công tắc vào đuôi. ‘Điều này có nghĩa là chúng tôi phải kết nối đuôi đã sửa đổi với đầu thông qua liên kết-keto-amide. Tuy nhiên, quá trình tổng hợp để có được mối liên kết này tạo ra một chất trung gian rất không ổn định, khiến cho việc tổng hợp phân tử gần như không thể. ‘
Dựa trên kinh nghiệm sâu rộng của nhóm hóa học hữu cơ tổng hợp tại Viện hóa học Stratingh tại Đại học Groningen, các nhà nghiên cứu đã đưa ra một giải pháp dưới dạng phản ứng ghép mới với chất trung gian ổn định. Sử dụng phương tiện trung gian này, họ đã có thể tổng hợp các dẫn xuất có thể chụp ảnh một cách nhanh chóng và đơn giản.
Hansen, cùng với sinh viên của Master Jacques Hille, đã tạo ra một ‘thư viện’ gồm 16 hợp chất khác nhau có khả năng hoạt động như chất chủ vận hoặc chất đối kháng của cảm biến đại biểu. Tất cả đều được trang bị một công tắc hoạt động nhẹ. Tất cả các hợp chất được dựa trên một phân tử được sử dụng trong một hệ thống cảm biến đại biểu đặc biệt trong Pseudomonas aeruginosa, có khoảng năm trong số các hệ thống cảm biến đại biểu này. Phối hợp với các nhà sinh học phân tử từ phòng thí nghiệm của Giáo sư Vi sinh học Phân tử Arnold Driessen, cũng tại Đại học Groningen, các gen của một trong những hệ thống này đã được chuyển sang một chủng phóng viên E. coli , cho phép mọi tác động của các hợp chất mới được tổng hợp thử nghiệm mà không có sự can thiệp của các cơ chế cảm biến đại biểu khác.
Các xét nghiệm hoạt tính sinh học trên các hợp chất thu được cho thấy phần nào của phân tử là rất quan trọng để kiểm soát cảm biến đại biểu. Số lượng nguyên tử carbon tối ưu tạo nên đuôi dường như là bốn. Lật công tắc bằng ánh sáng khiến đuôi bị uốn cong. Đáng chú ý, đuôi thẳng không có tác dụng, trong khi đuôi cong gây ra tín hiệu cảm biến đại biểu. Hansen: ‘Nhìn chung, có vẻ như những thay đổi nhỏ trong phân tử có thể ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nó, nhưng chúng tôi chưa biết chính xác tại sao.’
Họ đã tìm thấy một hợp chất có khả năng ức chế mạnh tín hiệu cảm biến đại biểu và – sau khi chiếu xạ bằng ánh sáng, dẫn đến sự uốn cong của đuôi – cũng kích thích mạnh mẽ nó. Sự khác biệt trong hoạt động là hơn 700 lần, rất lớn. ‘Một sự khác biệt lớn như vậy, theo hiểu biết của chúng tôi, chưa bao giờ được thể hiện trước đây đối với các phân tử hoạt tính sinh học chuyển đổi ánh sáng.’ Phân tử đặc biệt này sẽ là một công cụ rất hữu ích để nghiên cứu cách thức vi khuẩn giao tiếp. ‘Trong nghiên cứu, chúng tôi đã chỉ ra rằng chúng tôi có thể kiểm soát sự sản sinh độc tố trong một chủng Pseudomonas bằng bộ điều biến có thể chuyển đổi của chúng tôi. Đây sẽ là một công cụ mạnh mẽ cho cả nghiên cứu lâm sàng và cơ bản về cơ chế cảm nhận đại biểu. ‘
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Groningen . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :