Rongga raksasa dalam molekul kunci tuberkulosis – ScienceDaily

Rongga raksasa dalam molekul kunci tuberkulosis – ScienceDaily


Para peneliti dari SLAC National Accelerator Laboratory Departemen Energi telah menemukan fitur baru yang aneh dari protein yang dianggap penting dalam perkembangan tuberkulosis: Protein tersebut mengandung kantong interior yang “besar”, yang belum pernah terlihat sebelumnya, yang tampaknya mampu melewatkan berbagai molekul lain ke dalam sel bakteri.

Cornelius Gati, seorang ahli biologi struktural di SLAC, menemukan kantung tersebut saat menyelidiki peran “protein transporter” pada permukaan bakteri tuberkulosis ini dalam menyedot vitamin B12 dari sel sekitarnya. Sejauh yang diketahui orang, protein transporter yang mengimpor molekul ke dalam sel cenderung sangat terspesialisasi, dengan celah dan celah yang disesuaikan untuk mengambil molekul tertentu dan memindahkannya ke dalam sel. Yang ini, menurut Gati, adalah seorang generalis yang pada prinsipnya dapat membawa nutrisi kecil, molekul yang lebih besar seperti vitamin B12 atau bahkan beberapa antibiotik.

Secara teori, temuan baru ini dapat mengarah pada cara-cara baru untuk mengobati tuberkulosis, tetapi untuk saat ini Gati dan rekannya hanya mencoba untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang apa yang dapat dan tidak dapat diangkut oleh protein – serta untuk tujuan apa protein aneh tersebut. mungkin melayani.

“Kami belum pernah melihat yang seperti ini sebelumnya,” kata Gati. “Itu tidak masuk akal.”

Penelitian, yang dilakukan Gati bekerja sama dengan para peneliti di Universitas Groningen, Universitas Stockholm, dan Institut Fisika dan Teknologi Moskow, diterbitkan 25 Maret di jurnal tersebut. Alam.

Penyakit yang masih mematikan

Meskipun tuberkulosis sebagian besar merupakan masa lalu di Amerika Serikat, penyakit ini tetap menjadi ancaman kesehatan masyarakat yang serius di bagian lain dunia. Ada 10 juta kasus baru pada 2018, dan 1,5 juta orang meninggal akibat tuberkulosis tahun itu saja, menurut Organisasi Kesehatan Dunia. Di seluruh dunia, penyakit ini tetap menjadi salah satu dari 10 penyebab utama kematian, penyebab utama kematian akibat penyakit menular dan penyebab utama kematian bagi orang dengan HIV.

Namun Mycobacterium tuberculosis, bakteri penyebab tuberkulosis, masih relatif kurang dipahami, seperti halnya proses mengubah infeksi tuberkulosis menjadi penyakit aktif. Di Amerika Serikat, misalnya, sekitar 13 juta orang terinfeksi bakteri tersebut, tetapi hanya sekitar satu dari 10 yang benar-benar mengembangkan penyakit tersebut, dan tidak ada yang tahu pasti mengapa.

Satu petunjuk untuk memahami penyakit ini berkaitan dengan penyerapan vitamin B12 oleh bakteri tuberkulosis, sebuah langkah yang tampaknya penting untuk kelangsungan hidup bakteri dan untuk peralihan dari infeksi TB ke penyakit. Bagaimana bakteri mengimpor vitamin, bagaimanapun, masih menjadi misteri. Para peneliti tidak dapat menemukan protein transporter di membran luar bakteri yang dikhususkan untuk vitamin B12. Yang dipelajari oleh Gati dan tim telah dihubungkan melalui studi genetik dengan penyerapan B12, tetapi dikenal karena membawa kelas molekul yang sama sekali berbeda, termasuk antimikroba bleomycin. Tetap saja, Gati dan timnya tahu bahwa protein dan hubungannya dengan B12 sangat penting. “Tanpa transporter ini, bakteri tuberkulosis tidak dapat bertahan hidup,” kata Gati.

Kaca pembesar kriogenik

Untuk mengetahui struktur protein transporter, Gati beralih ke mikroskop cryo-electron. Dikenal sebagai cryo-EM, teknik ini melibatkan pembekuan molekul di tempatnya sehingga mereka dapat dipelajari lebih atau kurang dalam keadaan aslinya di bawah mikroskop elektron. Meskipun teknik ini pertama kali dikembangkan pada tahun 1970-an, serangkaian kemajuan dalam beberapa dekade terakhir telah membuatnya semakin praktis untuk digunakan dalam mempelajari molekul biologis.

Namun, ketika Gati mengambil gambar protein transporter dan menganalisis datanya, dia tidak sepenuhnya siap untuk menunjukkan apa yang akan ditunjukkan kepadanya. Daripada mengungkap celah tersembunyi yang disesuaikan dengan vitamin B12, cryo-EM mengungkapkan rongga di dalam transporter kira-kira berukuran 8 nanometer kubik – volume kecil menurut standar kita sehari-hari, tetapi sangat besar dalam konteks protein transporter. Kantungnya bisa dengan mudah memuat sejumlah molekul air, vitamin B12, dan mungkin banyak molekul lainnya.

Sifat generalis itu sangat menarik, kata Laura Dassama, seorang ahli kimia di Universitas Stanford dan Stanford ChEM-H. “Kami telah melihat transporter yang memindahkan berbagai obat dan molekul keluar dari sel, dengan sedikit spesifisitas, tetapi bukan importir. Jika ini benar-benar importir yang dapat mengenali dan mengimpor beberapa molekul yang tidak terkait, itu akan luar biasa” dan mungkin menyarankan cara untuk memindahkan antibiotik ke dalam sel tuberkulosis.

Pertanyaan jutaan dolar

Meskipun kemungkinan yang paling menggiurkan adalah bahwa penemuan protein transporter dapat mengarah pada pengobatan baru untuk penyakit tersebut, Gati mengatakan tim tersebut masih belum tahu persis apa sebenarnya molekul mereka dapat dan tidak dapat diangkut. Meskipun mereka mengetahui apa yang bisa masuk ke dalam rongga, misalnya, mereka masih belum tahu apa yang bisa masuk dan keluar. Sejauh ini, tim baru bisa mengamati rongga dalam keadaan tertutup. Untuk mengetahui apa yang sebenarnya bisa masuk ke rongga dan keluar lagi, tim perlu menangkap rongga dengan pintunya terbuka.

Meski begitu, tim tidak akan tahu apa yang sebenarnya dilakukan pengangkutan molekul dalam praktiknya. Studi struktural dan layar biokimia di masa depan, kata Gati, dapat membantu menjawab pertanyaan-pertanyaan itu, meskipun itu tidak mudah: Bakteri tuberkulosis cenderung tumbuh dan berkembang biak dengan sangat lambat, yang pada gilirannya menghambat metode yang biasanya digunakan para ilmuwan untuk mempelajari molekul transporter.

Tetapi bahkan jika Gati dan rekan-rekannya mengetahui dengan tepat apa yang dilakukan molekul mereka, masih ada pertanyaan yang lebih dalam: Mengapa alam memasak molekul ini dan rongga interiornya yang sangat besar, mengapa molekul semacam itu sangat langka, dan tujuan apa yang mereka layani? Di satu sisi, rongga seperti yang ditemukan tim adalah “tumit Achilles”, terutama jika itu dapat membantu mengangkut antibiotik pembunuh tuberkulosis. Di sisi lain, masih mungkin ada beberapa keuntungan evolusioner pada struktur.

“Itu pertanyaan jutaan dolar,” kata Gati.

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Data HK

Author Image
adminProzen