Ett team av forskare från VIB-labbet av Han Remaut (VIB-VUB) och labbet av Yves Dufrêne vid UCL Louvain-La-Neuve samarbetade i en studie av funktionella amyloider – proteinaggregat med den typiska amyloidstrukturen som inte leder till sjukdom utan snarare fylla en dedikerad biologisk funktion. Leds av Mike Sleutel (VIB-VUB), teamet använde en ny mikroskopimetod för att undersöka bildandet av funktionella amyloider av bakterier i realtid, observera viktiga tillväxt- och regulatoriska egenskaper som kan leda till nya biomaterial samt insikter i utvecklingen och progressionen av mänskliga sjukdomar orsakade av patologiska amyloidplack. Deras forskning publiceras i den välrenommerade vetenskapliga tidskriften Naturens kemiska biologi .
I människor, amyloider är förknippade med neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers, Parkinsons och Huntingtons sjukdom, och prionsjukdomar som bovin spongiform encefalopati (BSE) och Creutzfeldt-Jakobs sjukdom. I dessa patologiska amyloider, proteiner fångas i en giftig form som orsakar celldöd, och leder till hjärn- och organskador och slutligen död.
Proteiner med syfte
Amyloidplack består av proteiner eller proteinfragment som organiseras i spiralformade fibrer som kontinuerligt växer genom att attrahera nya molekyler. Tidigare forskning har visat att den resulterande vävnadsskadan vid mänsklig sjukdom främst orsakas av små proteinaggregat som genereras under de tidiga stadierna av amyloidbildning. Dessa molekylära föregångare till amyloider är sammansatta av samma underenheter, men skiljer sig i struktur. Bakterie, dock, har den anmärkningsvärda förmågan att göra "funktionella amyloider" genom en avsiktlig väg som inte involverar bildning av toxiska mellanprodukter.
Prof. Dr. Han Remaut (VIB-VUB):"Målet med denna forskning var att lära sig mer om den process genom vilken bakterier kan kringgå utvecklingen av dessa skadliga giftiga intermediärer. För att göra det, vi förlitade oss på höghastighets atomkraftsmikroskopi, vilket gjorde det möjligt för oss att observera tillväxten av individuella amyloidfibrer 100 gånger snabbare än vad konventionella atomkraftmikroskop kan."
Nya vägar skapar giftfria amyloider
Forskarna fann att curli, en typ av funktionella amyloider skapade av E. coli för att bilda biofilmer, följa en annan utvecklingsprocess än patologiska amyloider. De såg curlifibrer leka och växa under atomkraftsmikroskopet. Under den kärnbildande processen för amyloidutveckling, curli-underenheter samlas till fibrer av minimal storlek som omedelbart har samma egenskaper som mogna curli.
Dr. Mike Sleutel (VIB-VUB):"Curli-fibrer bildas på ett sådant sätt att underenheterna lätt organiseras till ett minimalt amyloidfragment utan att bilda något av de toxiska mellantillstånd som är involverade i amyloidsjukdomar. Dessutom, Vi fann att bakterier har förmågan att reglera tillväxten av dessa curlifibrer genom att producera proteiner som kan blockera platserna där inkommande subenheter skulle binda."
Fascinerande framtida vägar
Curli är ett idealiskt modellsystem att använda för att avslöja skillnaderna mellan funktionella och patologiska amyloider, och att förstå hur bakterier kan hantera potentiellt giftiga typer av amyloider utan att skadas. Ännu mer, funktionella amyloider skulle kunna fungera som framtida byggstenar för nya biomaterial.
Doktorand och medförfattare Imke Van Den Broeck (VIB-VUB):"En intressant forskningsväg som vi eftersträvar är produktionen av genetiskt modifierade amyloidfibrer för att visa funktionella intressegrupper, som antikroppar, enzymer, etc. Genom att använda detta tillvägagångssätt, vi föreställer oss bildandet av självmonterande nanotrådar med programmerbara funktioner för att skapa en ny klass av biomaterial."
