2019-04-15 23:24:01
化合物允许通过光控制细菌通讯

格罗宁根大学的科学家成功地将光控开关结合到细菌用于群体感应的分子中 - 细菌通过该过程进行通信并随后控制细胞过程。利用所述分子,可以抑制或刺激通讯。这使其成为进一步研究细菌通讯及其对不同遗传途径影响的非常有用的工具。结果发表于4月15日的Chem杂志上。

为了响应它们的环境,细菌通过称为群体感应的化学信号传递。细胞分泌信号分子,同时监测其浓度。随着更多细胞分泌信号分子,它可以超过阈值浓度并激活某些遗传途径,例如,产生毒素或形成保护性生物膜。

光敏开关

“如果我们能够影响群体感应,我们就可以用它来治疗严重感染,”格罗宁根大学有机化学家米克尔汉森说。 “调查群体感应的确切运作方式也很有用。”要做到这一点,有一个可以从外部控制的群体感应调制器将是有用的。这就是为什么汉森和Ben Feringa教授领导的合成有机化学小组的同事们开始将光敏开关构建成细菌用作群体感应信号的分子。

该分子由头部和通过β-酮 - 酰胺连接体连接的柔性碳基尾部组成。计划是在尾部加一个开关。 “这意味着我们必须通过β-酮 - 酰胺键将修饰的尾部连接到头部。然而,获得这种连接的合成过程会产生非常不稳定的中间体,这使得几乎不可能合成分子。”

图书馆

基于格罗宁根大学Stratingh化学研究所合成有机化学小组的丰富经验,研究人员提出了一种新的偶联反应与稳定化中间体的解决方案。使用这种中间体,他们能够以快速,直接的方式合成光可切换的衍生物。

汉森与硕士生Jacques Hille共同创建了一个由16种化合物组成的文库,这些化合物有可能成为群体感应的激动剂或拮抗剂。所有都配有一个光控开关。所有化合物均基于在铜绿假单胞菌的一个特定群体感应系统中使用的分子,其具有约五个这样的群体感应系统。与格罗宁根大学分子微生物学教授阿诺德·德里森实验室的分子生物学家合作,将这些系统之一的基因转移到大肠杆菌报告菌株中,使新合成化合物的任何作用均为在没有其他群体感应机制干扰的情况下进行测试。

毒素生产

对获得的化合物的生物活性测试显示分子的哪些部分对控制群体感应至关重要。构成尾部的最佳碳原子数似乎为4。用光线翻转开关导致尾部弯曲。值得注意的是,直尾没有效果,而弯曲的尾巴引起了群体感应信号。汉森:“总的来说,分子中的微小变化似乎会对其活动产生很大影响,但我们还不确切知道原因。”

他们确实找到了一种能够强烈抑制群体感应信号的化合物,并且在用光照射后,导致尾部弯曲也强烈刺激它。活动的差异超过700倍,这是巨大的。据我们所知,这种巨大差异以前从未出现过光转换生物活性分子。“

这种特殊的分子将是研究细菌如何交流的非常有用的工具。 “在这项研究中,我们发现我们可以使用我们的可切换调节剂来控制假单胞菌菌株中的毒素产生。这将成为群体感应机制的临床和基础研究的有力工具。”

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