Forskare från Michigan State University har producerat experimentella och modelleringsresultat som belyser hur en viss typ av enzym fungerar under sporbildning, potentiellt främja människors hälsa och sjukdomsforskning.

Arbetet, publiceras i Proceedings of the National Academy of Science , kan leda till nya strategier för att kontrollera bildningen av sporer - mycket resistenta celler som främjar persistens hos vissa viktiga mänskliga patogener. Detta kan få mer långtgående konsekvenser, eftersom dessa enzymer är allmänt bevarade i nästan alla levande organismer, inklusive människor.

"Tanken är att om du förstår sporuleringsprocessen, då kanske du kan hitta på sätt att hämma eller förbättra det, för det finns faktiskt några bra syften som sporer tjänar, "sa Lee Kroos, en professor vid institutionen för biokemi och molekylärbiologi vid MSU College of Natural Science och studiens seniorförfattare. "Till exempel, människor konstruerar sporer för att visa saker på deras yta för att göra vacciner eller något vi kan få i oss, som en probiotika."

En grupp enzymer, känd som intramembranproteaser, eller IMMP:er, reglera olika processer genom att skära proteiner inom ett cellulärt membran eller nära membranytan. Forskningen utförd av Kroos och forskargruppen belyser hur IMMP-enzymet interagerar med proteinet det skär under sporulering - bildandet av vilande bakterier. Enzymet och proteinet finns vanligtvis i sporbildande bakterier. Att förstå hur de två proteinerna interagerar är det första steget mot att utforma strategier för att kontrollera sporbildning.

"Dessa IMMPs är som saxar i ett membran eftersom de skär andra proteiner och frigör dem från membranet, sa Kroos, som också är MSU AgBioResearch -forskare. "Proteinerna som de skär kan vara transkriptionsfaktorer - proteiner som reglerar andra gener - till exempel, för att signalera en temperaturförändring, och det är ett sätt att kommunicera över ett membran."

Postdoc Sabyasachi Halder och doktorand Daniel Parrell i Kroos -gruppen, tillsammans med biokemi- och molekylärbiologikollegan Michael Feig och Doug Whitten, proteomics facility director för MSU Research Technology Support Facility, fokuserat på en modell för viktiga patogener som den som orsakar mjältbrand. Andra kusiner till B. subtilis, kallas Clostridia, orsaka sjukdomar som stelkramp och botulism.

"Sporer är vilande celler, de behöver inte mat och de är mycket motståndskraftiga mot torrhet, värme och UV-ljus, ", sade Kroos. "Det är ett sätt för celler att överleva när förhållandena är dåliga. Det är verkligen viktigt, eftersom det finns ett antal patogener som bildar sporer och kvarstår i miljön tills en lämplig värd är närvarande."

Modellen skulle kunna hjälpa till att utveckla läkemedel som skulle hämma eller förbättra dessa typer av enzymer. Arbetet har implikationer utöver sporulering, eftersom enzymerna finns i människor och andra djur, liksom i växter.

"Vi studerar enzymerna i bakterier eftersom bakterier är lätta att studera, men vi föreställer oss att några av de grundläggande sakerna som vi lär oss kommer att finnas i de relaterade enzymerna i andra organismer, "Sa Kroos." Till exempel hos människor finns det ett besläktat enzym som är involverat i uttrycket av gener som kontrollerar kolesterol- och fettsyrametabolismen och svarar på vissa typer av stress som orsakar proteinutveckling eller inflammation."