盡管132年的研究中,沒有毒素曾經(jīng)被發(fā)現(xiàn)致命的病原體結(jié)核分枝桿菌,每年感染900萬人,殺死了超過100萬人。

現(xiàn)在,邁克爾Niederweis博士,伯明翰阿拉巴馬大學(xué)的微生物學(xué)教授,和他的同事描述了第一個(gè)已知毒素的致病細(xì)菌。這toxin-Tuberculosis壞死毒素或tnt,創(chuàng)始成員類的毒素存在于超過600種細(xì)菌和真菌,由蛋白質(zhì)序列相似性。Niederweis發(fā)現(xiàn)之前,這些毒素被稱為是“未知函數(shù)的域4237年。”

與新近發(fā)現(xiàn)的毒素包括鼠疫桿菌、細(xì)菌病原體引起黑死病被稱為黑死病在中世紀(jì)的歐洲,和單核細(xì)胞增多性李斯特氏菌,其中最致命的、致命的食源性感染和藍(lán)貝爾今年牛奶召回的原因。

結(jié)核分枝桿菌是其生存在巨噬細(xì)胞,免疫細(xì)胞攝取并破壞感染細(xì)菌。Niederweis說,新發(fā)現(xiàn)的TNT中發(fā)揮著關(guān)鍵作用誘導(dǎo)壞死感染巨噬細(xì)胞的死亡。因此,TNT使結(jié)核分枝桿菌細(xì)菌逃避巨噬細(xì)胞和傳播到其他宿主細(xì)胞在一個(gè)人感染了肺結(jié)核,因此導(dǎo)致結(jié)核分枝桿菌的生存和傳播的疾病。

“戰(zhàn)斗中結(jié)核分枝桿菌與人體免疫系統(tǒng)控制的命運(yùn)被感染的巨噬細(xì)胞在確定感染的結(jié)果至關(guān)重要,”Niederweis TNT的論文中寫道。“宿主細(xì)胞死亡的控制是至關(guān)重要的生存,逃避和結(jié)核分枝桿菌的傳播。”

這種毒素是如何逃避發(fā)現(xiàn)一個(gè)多世紀(jì)以來?首先,它是生產(chǎn)體外只有在非常小的數(shù)量,Niederweis實(shí)驗(yàn)室只能探測(cè)到它的細(xì)胞培養(yǎng)濾液集中1000倍,相當(dāng)于集中一加侖牛奶約一茶匙的三分之一。第二,內(nèi)部的毒素是致命的,只有當(dāng)宿主細(xì)胞胞質(zhì);如果毒素在血液中或被添加到體外宿主細(xì)胞的培養(yǎng)基,它沒有效果。第三,毒素沒有任何其他已知毒素相似之處。

Niederweis發(fā)現(xiàn)TNT而尋找完全不同的東西。他尋找外膜蛋白可以作為外門讓營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌通過極其不透水,結(jié)核分枝桿菌的外膜屏障。Niederweis集團(tuán)認(rèn)為他們找到了這樣一個(gè)孔蛋白的蛋白質(zhì),但它有一個(gè)不同尋常的房地產(chǎn)市場(chǎng)結(jié)束部分的蛋白質(zhì)斷絕了外膜的孔隙形成后,和結(jié)束部分有毒物質(zhì),在簡(jiǎn)單的原核細(xì)胞像細(xì)菌和酵母的更復(fù)雜的真核細(xì)胞,哺乳動(dòng)物和魚。在一篇發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上Niederweis說,2014年,這一發(fā)現(xiàn)“挑戰(zhàn)結(jié)核分枝桿菌的范式是為數(shù)不多的細(xì)菌病原體,不會(huì)產(chǎn)生毒素。”

當(dāng)前紙完全建立這個(gè)新的范式通過識(shí)別TNT-induced壞死細(xì)胞死亡機(jī)制的功能和結(jié)構(gòu)的水平。喜歡一種光學(xué)錯(cuò)覺,第一次看到一個(gè)花瓶,然后它似乎是兩副面孔凝視對(duì)方,Niederweis起初他認(rèn)為他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)外膜孔蛋白,讓營(yíng)養(yǎng)并進(jìn)行人工制品。現(xiàn)在他認(rèn)為蛋白質(zhì)的孔隙部分細(xì)菌autotransporter(類似于在其他細(xì)菌),出口TNT蛋白質(zhì)貨物外膜的外面。

tnt的相似基因的DNA序列在600多個(gè)其他細(xì)菌和真菌物種將使研究這類的毒素可能函數(shù)如何在其他病原體,特別是微生物生存依賴誘導(dǎo)壞死或傳播。

在一個(gè)艱難的尋找TNT的分子功能,博士后Niederweis實(shí)驗(yàn)室,發(fā)現(xiàn)TNT:必要的輔酶煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)。這就解釋了為什么它殺死了每一種類型的細(xì)胞克隆,因?yàn)镹AD+細(xì)胞的正常代謝所必需的。人員能夠克隆TNT基因只有把它旁邊的一個(gè)誘導(dǎo)啟動(dòng)子,緊緊壓制直到誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄。TNT酶:NAD+內(nèi)部細(xì)胞和體外。被抗體TNT,TNT和特定的點(diǎn)突變,消除所有的酶活性。

非催化TNT突變體是無法殺死巨噬細(xì)胞,顯示所需的水解酶活動(dòng)TNT-induced細(xì)胞死亡。

如果TNT生產(chǎn)內(nèi)結(jié)核分枝桿菌,它會(huì)殺死細(xì)胞。Niederweis和他的同事們發(fā)現(xiàn)結(jié)核分枝桿菌,類似于細(xì)菌病原體釀膿鏈球菌,產(chǎn)生毒素抗毒素。TNT抗毒素與毒素和塊其水解酶活性,從而使其無害的細(xì)菌內(nèi)。研究人員已經(jīng)命名為抗毒素TNT(IFT)免疫因素。

致病性結(jié)核分枝桿菌生長(zhǎng)在巨噬細(xì)胞吞噬體時(shí),TNT迅速獲得訪問受感染的巨噬細(xì)胞的胞質(zhì)和:NAD+耗盡,必要的輔助因子。這通過下游信號(hào)啟動(dòng)壞死細(xì)胞死亡,沒有特點(diǎn)。

奇怪的是,文獻(xiàn)檢索顯示,但一個(gè)個(gè),熱穩(wěn)定NAD + -glycohydrolase活動(dòng)結(jié)核分枝桿菌細(xì)胞提取半個(gè)世紀(jì)前被描述,以及一個(gè)但一個(gè)個(gè)heat-labile水解酶活性的抑制劑。TNT和界面張力發(fā)現(xiàn)的一些生化特征Niederweis實(shí)驗(yàn)室匹配但一個(gè)個(gè)的蛋白質(zhì)所描述的報(bào)告從1960年代。

然而,缺乏現(xiàn)代設(shè)備和抗體的今天,和非常低水平的TNT在結(jié)核分枝桿菌,阻止那些研究人員發(fā)現(xiàn)毒素。