แบคทีเรียบางชนิดพกหลอดฉีดยาขนาดเล็กที่เต็มไปด้วยเว็บสล็อตออนไลน์สารเคมีซึ่งอาจทำให้คู่แข่งหรือนักล่าไร้ความสามารถ ตอนนี้ นักวิจัยได้รับทราบมุมมองแบบใกล้ชิดของหลอดฉีดยาเหล่านี้ ซึ่งรู้จักกันในทางเทคนิคว่าระบบการฉีดแบบหดตัว จากไซยาโนแบคทีเรียชนิดหนึ่งและแบคทีเรียในทะเล
การค้นหาว่าส่วนสำคัญของเข็มฉีดยาโมเลกุลทำงานอย่างไรอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์คิดค้นเครื่องนาโนของตัวเองได้ เครื่องฉีดเทียมสามารถสั่งยาปฏิชีวนะกับแบคทีเรียที่มีปัญหาได้ในขณะที่ปล่อยให้จุลินทรีย์ที่เป็นมิตรไม่ถูกแตะต้อง
ยีนที่เข้ารหัสชิ้นส่วนของเครื่องจักรฉีดพบได้ในแบคทีเรียหลายชนิด Gregor Weiss
นักชีววิทยาโครงสร้างเซลล์ที่ ETH Zurich กล่าวว่า “เพียงแค่ดูยีนก็ค่อนข้างยากที่จะคาดเดาว่าระบบฉีดหดตัวเหล่านี้ทำงานอย่างไร
ดังนั้น Weiss และคณะจึงตรวจสอบหลอดฉีดยาแบคทีเรียโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกรอ ซึ่งเซลล์จะถูกแช่แข็งด้วยแฟลชเพื่อจับภาพโครงสร้างเซลล์ตามที่มักมีลักษณะตามธรรมชาติ ( SN: 6/22/17 )
ก่อนหน้านี้ นักวิจัยพบว่ามีเข็มฉีดยาติดอยู่ที่เยื่อหุ้มชั้นนอกของแบคทีเรีย ซึ่งแบคทีเรียสามารถถ่ายน้ำหนักบรรทุกเข้าไปในเซลล์ที่พวกมันชนได้ หัวฉีดของสปีชีส์อื่น ๆ จะฉีดสารเข้าไปในสิ่งแวดล้อม
แต่ในไซยาโนแบคทีเรียชนิดหนึ่งที่เรียกว่า อนา บาเอน่า เข็มฉีดยาอยู่ในสถานที่ที่ผิดปกติ ซึ่งตั้งอยู่ในเมมเบรนของโครงสร้างภายในที่แบคทีเรียทำการสังเคราะห์ด้วยแสงไวส์และเพื่อนร่วมงานรายงานใน วารสารจุล ชีววิทยาธรรมชาติ เดือนมีนาคม ฝังอยู่ภายในเซลล์ “มันยากที่จะจินตนาการว่า [หลอดฉีดยา] จะออกไปและมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิตเป้าหมายได้อย่างไร” Weiss กล่าว
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดของระบบฉีดโมเลกุลภายในเซลล์
นักวิทยาศาสตร์รู้สึกประหลาดใจที่พบระบบฉีด เช่นเดียวกับที่แสดงในภาพไมโครสโคปีอิเล็กตรอน (ลูกศร) จากไซยาโนแบคทีเรีย ม อนาบาเอ นาในเยื่อหุ้มเซลล์แบคทีเรีย แทนที่จะติดเยื่อหุ้มชั้นนอก
GL WEISS ET AL / จุลชีววิทยาธรรมชาติ 2022
อนาบาเอนาอาจใช้หลอดฉีดยาต่อต้านตัวเองเพื่อกระตุ้นการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้เมื่อไซยาโนแบคทีเรียอยู่ภายใต้ความเครียด ในการทดลองของทีม แสงอัลตราไวโอเลตหรือระดับเกลือที่สูงในน้ำได้กระตุ้นหลอดฉีดยาบางชนิดเพื่อทิ้งน้ำหนักบรรทุก นั่นนำไปสู่การตายของ เซลล์ Anabaena บาง ชนิดในสายโซ่ยาวที่ไซยาโนแบคทีเรียเติบโตสร้าง “เซลล์ผี” แบบกลวง
เซลล์ผีจะผลัดผนังด้านนอกและเยื่อหุ้มเซลล์ ทำให้หลอดฉีดยาที่ยังไม่ได้ฉีดในเยื่อหุ้มชั้นในเปิดออก ผีอาจทำตัวเหมือนม้าโทรจัน โดยส่งน้ำหนักบรรทุกที่อันตรายถึงตายให้กับผู้ล่าหรือคู่แข่ง ทีมตั้งสมมติฐาน นักวิจัยยังไม่พบสิ่งมีชีวิตใดที่เป็นเป้าหมายของหลอดฉีดยาของอนาบาเอน่า
ภายในแบคทีเรียในทะเลชนิดหนึ่งที่เรียกว่าAlgoriphagus machipongonensisเรื่องราวแตกต่างกันเล็กน้อย ที่นี่ กระบอกฉีดยามีสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกันและลอยไม่ได้ภายในเซลล์แบคทีเรีย Charles Ericson จาก ETH Zurich และเพื่อนร่วมงานรายงานใน March Nature Microbiology หัวฉีดยังพบในของเหลวที่แบคทีเรียเติบโตในห้องปฏิบัติการ แต่วิธีที่พวกมันออกจากเซลล์นั้นเป็นเรื่องลึกลับ บางทีพวกมันอาจถูกปล่อยออกมาเมื่อแบคทีเรียตายหรือถูกนักล่ากิน Ericson กล่าว
ทีมงานยังพบว่ามีโปรตีนสองชนิดบรรจุอยู่ภายใน หลอดฉีดยา ของ Algoriphagusแต่สิ่งที่โปรตีนเหล่านั้นทำนั้นไม่เป็นที่รู้จัก นักวิจัยได้ลองใช้วิศวกรรมพันธุกรรมE. coliเพื่อผลิตโปรตีนตัวใดตัวหนึ่ง แต่มันฆ่าเชื้อแบคทีเรียได้ ผู้เขียนร่วมการศึกษา Jingwei Xu ที่ ETH Zurich กล่าว
ด้านบน: เข็มฉีดยาของไซยาโนแบคทีเรียม อนาบาเอน่า ก้น: เข็มฉีดยาของแบคทีเรียทะเล Algoriphagus machipongonensis
ทั้งไซยาโน แบคทีเรีย มอนาบา เอน่า และแบคทีเรียทางทะเลAlgoriphagus machipongonensisมีหลอดฉีดยาโมเลกุลที่มีปลอกหุ้มอยู่เหนือท่อชั้นในที่เต็มไปด้วยสารเคมี ดังที่เห็นในโครงสร้างใหม่เหล่านี้ กระบอกฉีดยาของไซยาโนแบคทีเรีย (อันด้านบน) ยึดกับเมมเบรนภายในเซลล์แบคทีเรีย สัญญาณบางอย่าง เช่น ความเครียด ทำให้วงแหวนที่ฐานของกระบอกฉีดยาเปิดออก และท่อด้านในจะพุ่งออกมา เข็มฉีดยาของแบคทีเรียในทะเล (ด้านล่าง) ลอยอย่างอิสระภายในเซลล์ เส้นใยสั้นที่ฐาน (สีน้ำเงิน) อาจทำให้เกิดการดีดท่อออกเมื่อจับกับสิ่งมีชีวิตเป้าหมาย
ด้าน บน: GL WEISS ET AL / จุลชีววิทยาธรรมชาติ 2022 ด้านล่าง: J. XU ET AL / จุลชีววิทยาธรรมชาติ 2022
เมื่อเปรียบเทียบโครงสร้างของกระบอกฉีดยาจากสายพันธุ์ต่างๆ นักวิจัยได้ระบุโครงสร้างบางอย่างภายในเครื่องที่คล้ายคลึงกัน แต่แตกต่างกันเล็กน้อยในแต่ละสายพันธุ์ การเรียนรู้ว่าการปรับเปลี่ยนเหล่านั้นเปลี่ยนวิธีการทำงานของหัวฉีดอาจทำให้นักวิจัยสามารถบรรจุสินค้าต่างๆ ลงในหลอดหรือกำหนดเป้าหมายไปที่หลอดฉีดยาเพื่อต่อต้านแบคทีเรียบางชนิดหรือสิ่งมีชีวิตอื่นๆ “ตอนนี้เรามีพิมพ์เขียวทั่วไปแล้ว” Ericson กล่าว “เราจะออกแบบใหม่ได้หรือไม่”เว็บสล็อต
