Pseudomonas-bacteriën implementeren hun nano-spearguns wanneer beschadigd door een scherpe punt (15.000 x vergroting). Credit: University of Basel / Biozentrum / Sni Nano Imaging Lab
Sommige bacteriën zetten kleine spearguns in om wraak te nemen op rivaliserende aanvallen. Onderzoekers van de Universiteit van Basel hebben aanvallen nagebootst door bacteriën te porren met een ultra-sharp-tip. Met behulp van deze benadering hebben ze ontdekt dat bacteriën hun nanoweapons assembleren als reactie op celschade en snel teruggaan met hoge precisie.
Het onderzoek is gepubliceerd in het dagboek De wetenschap vordert.
In de wereld van microben gaat vreedzame coëxistentie hand in hand met hevige concurrentie om voedingsstoffen en ruimte. Bepaalde bacteriën overtreffen rivalen en afweren van aanvallers door ze te injecteren met een dodelijke cocktail met kleine, nano-formaat spearguns, bekend als type VI-secretiesystemen (T6SS).
Bacteriën reageren op schade
De onderzoeksgroep onder leiding van professor Marek Basler aan het Biozentrum, Universiteit van Basel, bestudeert al vele jaren de T6SS van verschillende bacteriesoorten.
“We wisten dat Pseudomonas Aeruginosa zijn T6SS gebruikt om terug te schieten wanneer het wordt aangevallen”, legt Basler uit. “Maar we wisten niet wat de assemblage van de nano-speargun precies activeert: contact met buren, giftige moleculen of gewoon celschade?”
In nauwe samenwerking met Roderick Lim, Argovia Professor voor Nanobiology aan het Biozentrum en het Swiss Nanoscience Institute (SNI), hebben de onderzoekers nu aangetoond: Pseudomonas aeruginosa reageert op breuken in het buitenmembraan – geïnditeerd door mechanische kracht, zoals poking met een scherpe tip.
Een bacteriële envelop doorboren met een kleine ‘naald’
Het laboratorium van Roderick Lim heeft al lang bestaande expertise in de technologie voor atomaire krachtmicroscopie (AFM).
“Met behulp van AFM hebben we een bacteriële T6SS -aanval kunnen nabootsen”, zegt Mitchell Brüderlin, Ph.D. Student aan de Sni Ph.D. School en eerste auteur van de studie. “Met de naaldachtige, ultra-sharp AFM-tip kunnen we het bacteriële oppervlak aanraken en door de druk geleidelijk te verhogen, de buitenste en de binnenmembranen op een gecontroleerde manier doorboren.”
In combinatie met fluorescentiemicroscopie onthulden de onderzoekers dat de bacteriën reageren op buitenste membraanschade.
“Binnen tien seconden assembleren de bacteriën hun T6SS, vaak herhaaldelijk, op de plaats van schade en vuur terug met pinpoint -nauwkeurigheid”, voegt Basler toe. “Ons werk laat duidelijk zien dat het breken van het buitenmembraan noodzakelijk is en voldoende is om T6SS -assemblage te activeren.”
Nieuwe inzichten in bacteriële afweermechanismen
De grootste uitdaging voor de onderzoekers was de grootte en de vorm van de bacteriën.
“Tot nu toe hebben we de AFM alleen gebruikt om eukaryotische cellen te bestuderen, inclusief menselijke cellen”, legt Lim uit. “Maar pseudomonas -bacteriën zijn meer dan tien keer kleiner dan menselijke cellen, dus het moest ze op een specifieke site porren.”
In het microbiële ecosysteem draait Survival helemaal over strategie, en Pseudomonas Aeruginosa heeft de kunst van de verdediging zeker onder de knie.
“De beoogde en snelle vergelding tegen lokale aanvallen minimaliseert het verkeerde firing en optimaliseert de kosten-batenverhouding”, zegt Basler.
Deze slimme tactiek geeft pseudomonas een overlevingsvoordeel, waardoor het aanvallers kan aanbrengen en gedijen in verschillende en vaak uitdagende omgevingen.
Meer informatie:
Mitchell Brüderlin et al, Pseudomonas Aeruginosa assembleert H1-T6SS in reactie op fysische en chemische schade van het buitenmembraan, De wetenschap vordert (2025). Doi: 10.1126/sciadv.adr1713
Dagboekinformatie:
De wetenschap vordert
Verstrekt door de Universiteit van Basel
