Genexpression Studie wirft ein neues Licht auf die afrikanischen Salmonellen

Wissenschaftler an der Universität von Liverpool genommen haben, ein weiterer Schritt vorwärts im Verständnis der Bakterien, die verursachen eine verheerende Salmonellen – Epidemie, die derzeit Tötung von rund 400.000 Menschen jedes Jahr in sub-Sahara-Afrika.

Veröffentlicht in der Zeitschrift PLOS Biology und repräsentieren fünf Jahren arbeiten die Forscher am Institut für Integrative Biologie abgeschlossen haben, einer der größten Bakterien-vergleichende Studium der gen-expression zu Datum.

Invasive nontyphoidal Salmonellose (int) tritt auf, wenn die Salmonellen Bakterien, die normalerweise verursachen Magen-Darm-Erkrankungen, die den Blutkreislauf eingeben und sich durch den menschlichen Körper. Die afrikanischen iNTS Epidemie, verursacht durch eine Variante von Salmonella Typhimurium (ST313), die resistent gegen Antibiotika und in der Regel wirkt sich auf Personen mit Immunsystem geschwächt durch malaria oder HIV.

„Obwohl die Genome der afrikanischen und globalen S. Typhimurium sind 95% identisch, die restlichen 5% ist sehr unterschiedlich“, erklärt der Autor der Studie Dr. Rocío-Kanäle Alvarez. „Die meisten dieser Unterschiede führen nicht zu Veränderungen in der Genexpression, aber wir müssen die Identifizierung der genetischen Veränderungen, die Auswirkungen auf gen-expression und Einfluss auf das Ergebnis einer bakteriellen Infektion im Menschen.“

Um diese zu entdecken key genetische Unterschiede, die die Forscher führten eine groß angelegte vergleichende transkriptomischen Ansatz zwischen der tödlichen afrikanischen Salmonellen und die gemeinsame „Globale“ version, die verursacht gastroenteritis.

Die Forscher wuchs mit jedem der Salmonella – Stämme in 16 verschiedenen Möglichkeiten, die vertreten die verschiedenen Stadien der menschlichen Infektion-Prozess. Sie haben auch die isolierten Salmonellen aus Maus-Makrophagen — Zellen des Immunsystems verwendet, um die Bakterien zu entführen die Gastgeber während der Infektion.

Durch die Untersuchung des transkriptoms von afrikanischen und globalen S. Typhimurium unter diesen verschiedenen Bedingungen, die Sie entdeckt, 677 Gene und kleine RNAs wurden anders ausgedrückt zwischen den beiden Stämmen.

Eine parallele Proteom-Ansatz identifiziert die gen-expression Unterschiede, führte zu Veränderungen auf der protein-Ebene. Zwei proof-of-principle-Experimente zeigten die genetischen Grundlagen einer afrikanischen Salmonellen-Stoffwechsel-defekt und entdeckt eine neuartige bakterielle plasmid maintenance system.

Zu können die Forscher in aller Welt arbeiten mit den neuen Informationen, die neuen Daten werden präsentiert in einer benutzerfreundlichen online-tool namens der SalComD23580 Genexpression Kompendium.

„Diese Studie nimmt die macht von transcriptomics, um eine neue Ebene für ein Bakterium. Unsere „funktionale transkriptomischen“ – Ansatz ist relevant für ein breites Publikum, und kann angewendet werden, um viele andere Organismen. Die analytische pipeline-und die community-Daten-Ressource Aspekte sind generisch und könnte andere zu inspirieren, einen ähnlichen Ansatz eine Antwort auf Ihre Fragen der Forschung“, ergänzt Professor Jay Hinton, der die Studie leitete.

Einfluss auf die innere Uhr: Intensives Licht macht schläfrig

Mit zunehmender Intensität des Sonnenlichts wächst das Schlafpensum

Bei vielen Menschen führt das mangelnde Licht in den Wintermonaten dazu, dass sie müde und antriebslos werden. Bestimmte Insekten jedoch werden schläfrig, wenn das Sonnenlicht besonders intensiv ausfällt. Das haben Forscher nun herausgefunden.

Auswirkungen unterschiedlicher Lichtintensitäten auf den Tag-Nacht-Rhythmus

Gesundheitsexperten raten meist dazu, auf ausreichendes Licht zu achten, da einen sonst schnell die Müdigkeit einholt. Bei bestimmten Insekten hingegen wächst mit zunehmender Intensität des Sonnenlichts das Schlafpensum, die Mittagspause verlängert sich und die Wiederaufnahme der Aktivität verschiebt sich in den Abend hinein. Zu diesem Ergebnis kommen Forscher aus Deutschland und den USA, die untersucht hatten, welche Auswirkungen unterschiedliche Lichtintensitäten auf den Tag-Nacht-Rhythmus der Taufliege Drosophila haben.

Innere Uhr wird synchronisiert

„Wir konnten zeigen, dass Licht geringer, mittlerer und hoher Intensität auf unterschiedlichen, spezifischen Wegen die innere Uhr im Gehirn der Fliege auf den 24-Stunden-Tag synchronisiert“, erklärte Prof. Dr. Charlotte Helfrich-Förster von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in einer Mitteilung.

Gemeinsam mit ihrem ehemaligen Doktoranden Dr. Matthias Schlichting, der jetzt im Labor des Nobelpreisträgers für Physiologie 2017, Michael Rosbash, an der Brandeis University in Waltham, Massachusetts (USA) forscht, hat sie die Studie geleitet.

Die Ergebnisse des Teams wurden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „The Journal of Neuroscience“ veröffentlicht.

Verzögerter Start in die üblichen Abendaktivitäten

Die Experimente zeigen, dass Licht hoher Intensität das Verhaltensmuster von Taufliegen deutlich beeinflusst. Auffällig war dabei vor allem eine deutlich verlängerte „Siesta“ der Taufliege um durchschnittlich etwa eine Stunde, mindestens jedoch um 30 Minuten.

Damit einher ging ein verzögerter Start in die üblichen Abendaktivitäten, die von den Fliegen in der Regel mit einer Verspätung von ein bis zwei Stunden aufgenommen wurden.

Auch den für diese Verhaltensänderungen auf molekularer Ebene Verantwortlichen konnten die Forscher identifizieren: spezielle Fotorezeptoren außerhalb der Netzhaut, die unter dem Namen Hofbauer-Buchner-Äuglein oder HB eyelets bekannt sind.

Diese mikroskopisch kleinen „Zusatzaugen“ – jedes von ihnen besteht aus gerade einmal vier Sinneszellen – sind erst seit 30 Jahren bekannt. Entdeckt wurden sie 1989 von den Würzburger Biologen Alois Hofbauer und Erich Buchner.

Durch hohe Lichtintensitäten wird die Siesta der Fliegen verstärkt

„Wir konnten erstmals zeigen, dass die Hofbauer-Buchner-Äuglein auf hohe Lichtintensitäten reagieren und die Siesta der Fliegen verstärken“, sagte Helfrich-Förster.

Der Signalweg, den sie dabei einschlagen, ist mehrstufig: Über spezifische Acetylcholinrezeptoren wirken die HB eyelets auf eine Untergruppe der Uhr-Neuronen ein, was deren Calcium-Spiegel erhöht.

Als Konsequenz schütten die Neuronen im rückwärtig gelegenen Teil des Fliegengehirns ein spezielles Neuropeptid aus – den „Pigment-Dispersing Factor“ (PDF).

Dort beeinflusst PDF die Aktivität weiterer Uhr-Neuronen, die die Ausprägung der Siesta regulieren und den Beginn der Abendaktivität steuern.

Nach Ansicht der Wissenschaftler ist diese Reaktion auf starken Lichteinfall bei der Taufliege sinnvoll.

„Dies ist ein wesentlicher Mechanismus um starkes, eventuell schädliches Licht während der Mittagszeit zu vermeiden“, erklärte die Neurobiologin.

Schließlich gehen hohe Lichtintensitäten häufig mit heißen Sommertagen einher, die insbesondere für Insekten gefährlich sein können – zum einen, weil sie rasch austrocknen könnten, zum anderen weil sie im hellen Tageslicht leichter von ihren Fressfeinden entdeckt werden.

Vergleichbare Strukturen beim Menschen

Um die Möglichkeit auszuschließen, dass nicht die intensive Lichteinstrahlung, sondern möglicherweise die damit verbundene Wärmeentwicklung Auslöser des verlängerten Mittagsschlafs ist, haben die Forscher zur Kontrolle ihre Experimente auch an speziellen, gentechnisch veränderten Fliegen durchgeführt.

Deren innere Uhr reagiert nicht mehr auf Temperaturveränderungen, aber trotzdem zeigen die Fliegen noch das veränderte Verhalten. Dies spricht dafür, dass der Lichteintrag verantwortlich für den verlängerten Mittagsschlaf und die späte Abendaktivität ist.

Laut den Autoren zeigen die Ergebnisse ihrer Studie „überraschende Parallelen zu Säugetiermechanismen“.

Auch Säugetiere – und übrigens auch Menschen – besitzen spezialisierte Fotorezeptoren, die starkes Licht wahrnehmen, und ihre Signale direkt zur inneren Uhr in einen speziellen Bereich des Zwischenhirns (Hypothalamus) leiten.

Ob deren Aktivierung allerdings auch beim Menschen zu einer Verlängerung der Siesta führt, sei nicht bekannt. Die Wissenschaftler halten es aber für durchaus möglich. (ad)

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Neues Licht auf die Blockierung Shiga und Toxine ricin — Und auf eine Ikone biologischen Prozess: CRISPR genomische Bildschirm zeigt neu erkannten Proteine, die Toxine müssen die Zellen eindringen

Min Dong, PhD, und sein Labor sind Experten in Gifte und wie man Sie bekämpfen. Sie haben herausgefunden, wie Clostridium difficile’s stärkste toxin dringt in die Zellen ein und konzentrierte sich auf die erste neue botulinum toxin identifiziert seit 1969. Nun, die Einstellung Ihrer Sehenswürdigkeiten auf Shiga und Toxine ricin, Sie haben nicht nur identifiziert potenzielle neue Linien der Verteidigung, aber auch neues Licht auf einen grundlegenden Teil Zellbiologie: Glykosylierung.

Die Studie, vor kurzem veröffentlicht in PLOS Biology, verwendet CRISPR/Cas9 Technologie zu erforschen, welche Faktoren in den Zellen sind notwendig für die Giftstoffe zu bekommen. Shiga-toxin, eine weit verbreitete Ursache von Lebensmittelvergiftungen, ist produziert von Shigella dysenteriae und einige E. coli – Stämme, wie O157:H7, die gelegentlich dazu führen, dass hämolytisch-urämisches Syndrom, eine schwere Nierenerkrankung, bei Kindern. Ricin ist eine pflanze toxin als bioterroristische.

Was tun Gifte müssen in einem Zell-rezeptor?

Shiga und Toxine ricin haben einen ähnlichen Wirkmechanismus einmal in unseren Geweben, die Zellen, mit der Fähigkeit, Proteine zu bilden. Zu bekommen, obwohl, verlassen Sie sich auf die verschiedenen Eingabe-Portale: Shiga-Toxine, eine Art von glykolipid (ein Fettsäure-Molekül mit einer angehängten Zucker) genannt, Gb3 als Ihr rezeptor, während ricins verwenden eine Vielzahl von Glykane (Zucker-Moleküle).

Aber darüber hinaus wenig bekannt war. Dong und ersten Autor Songhai Tian, PhD, Forscher in Boston Children ‚ s Hospital, Department of Urology, gehofft, um das Bild zu vervollständigen.

Das Forscherteam begann mit Shiga-Toxinen. Sie verwendet CRISPR/Cas9 Durchführung einer genomweiten screen. Der Bildschirm brachte systematisch löschen Gene eins zu eins in eine Zelle, Zeile, um zu sehen, ob der Verlust eines von Ihnen verhindert die Giftstoffe aus der Eingabe.

„Das war nicht früher möglich, weil der rezeptor für das toxin nicht gefunden in den meisten Zelltypen“, sagt Dong. „Songhai abgeschirmt viele verschiedene Zell-Linien ohne viel Erfolg, bis er Sprach mit unserem Nachbarn, Dr. Rosalyn Adam in der Abteilung der Urologie, der zufällig auch ein paar Blase-Krebs-Zell-Linien. Einer dieser entpuppt sich super empfindlich auf Shiga-Toxine, weil es ein hohes Maß an Gb3. Suche ein gutes cell-Modell war der erste Durchbruch in das Projekt.“

Der zweite Bildschirm, in leicht verfügbar HeLa-Zelllinien, sah für die Zell-Faktoren, die notwendig für ricin Toxizität.

„Die screen-Ansatz war sehr stark“, sagt Tian. „Es werden fast alle bekannten Risikofaktoren für beide Toxine, sowie einige neue Faktoren.“

Neue leads auf die Blockierung der Toxizität

Wenn Sie das team verglich die Ergebnisse der Shiga-und ricin-Bildschirme, Sie fanden zwei Faktoren, die beide toxin-Klassen erfordern, um in die Zellen einzudringen: die transmembranen Proteine TMEM165 und TM9SF2. Beide finden sich in der Zelle Golgi-Apparat, dessen Aufgabe es ist, zu ändern, und ein Paket von großen Molekülen aus der Zelle. Wenn entweder gelöscht wurde, werden die Zellen produziert reduzierte Mengen von einer Gruppe von Fett-Molekülen, den sogenannten glykosphingolipide, einschließlich Gb3.

TMEM165 und TM9SF2 sind zu allgemein in Ihrer Funktion dienen Sie als sichere Ziele versuchen, zu blockieren, die mit Drogen, aber Sie könnte den Weg weisen für andere inhibitorische Moleküle, die gezielt angesprochen werden können.

Ein drittes protein, LATMP4a, bietet mehr direkte Versprechen. Es ist insbesondere erforderlich für die Zellen zu machen, Gb3, den rezeptor verwendet, die von Shiga-toxin. „Dieses protein wurde nicht bekannt vor, und wir denken, es wäre eine sehr gute therapeutische Ziel für Shiga-Toxizität“, sagt Dong.

Aktualisierung der lehrbuch-Kapitel über die Glykosylierung

Dong ist begeistert, was das Werk uns zu sagen hat über die Glykosylierung — die Befestigung von Zucker, um große Moleküle wie Proteine und Lipide. Dieser grundlegende biologische Prozess ermöglicht es unseren Zellen zu schaffen, viel mehr unterschiedliche Moleküle mit vielfältigen Funktionen, über und jenseits von dem, was in unseren Genen verschlüsselt, und hat auch eine Rolle in der Krankheit.

„Wir verwendeten Toxine als eine Sonde zu verstehen, eine Schlüssel zellulären Prozess,“ Dong erarbeitet. „Die beiden neuen Golgi-Proteine identifiziert, die in unsere Bildschirme, TMEM165 und TM9SF2, wie die Regulierung der gesamten Umwelt in den Golgi-Apparat. Wir versuchen nun zu verstehen, was Sie sind Regulierung speziell.“

Dies ist nicht das erste mal, wenn man von Dong Giftstoff Untersuchungen hat sich bis etwas unerwartetes: die Arbeit auf C. difficile’s toxin B hat ergeben, eine potenzielle anti-Krebs-Strategie.

Haar-Farbe-gen Studie wirft ein neues Licht auf die Wurzeln der rothaarige “ sperrt

Wissenschaftler haben entdeckt, acht Genen in Verbindung mit red hair, helfen, lösen ein Rätsel, wie die rothaarige Erben Ihre flammenden Schlösser.

Die Untersuchung wirft auch ein Licht auf Blondinen und brünetten—ist die größte genetische Untersuchung von Haar-Farbe-zu-Datum.

Es wurde vermutet, dass die roten Haare wird gesteuert durch ein einzelnes gen namens MC1R. Die neue Forschung wirft Licht auf andere Gene, die beteiligt sind.

Frühere Studien hatten gezeigt, dass rothaarige Erben zwei Varianten des MC1R-Gens führt zu roten Haaren—eine von seiner Mutter und eines vom Vater.

Obwohl fast alle mit roten Haaren, hat zwei Kopien der red-haired version des MC1R, nicht alle tragen zwei rothaarige Versionen ist eine rothaarige. Wissenschaftler wusste es muss noch andere Gene, aber diese haben meist blieb ein Geheimnis, bis jetzt.

Jetzt Forscher an der Universität von Edinburgh haben Sie die DNA aus fast 350.000 Menschen teilgenommen hatten, in der UK-Biobank-Studie. Die Studie konzentrierte sich auf Menschen, europäischer Abstammung, weil Sie eine größere variation in der Haarfarbe.

Vergleicht man rothaarige Menschen mit braunen oder schwarzen Haaren, Sie identifizierten acht bisher unbekannte genetische Unterschiede, die im Zusammenhang mit roten Haaren.

Das team untersuchte auch die Funktionen der Gene, die Sie identifiziert und festgestellt, dass einige von Ihnen arbeiten durch die Kontrolle, wenn MC1R-oder ausgeschaltet ist.

Neben den Rotschopf Gene, die Forscher entdeckt Unterschiede in fast 200 Gene, die mit Blondinen und brünetten.

Wissenschaftler sagen, es ist ein Verlauf von Farben von schwarz, über dunkelbraun, hellbraun und Blond, das ist bedingt durch die zunehmende Anzahl der genetischen Unterschiede in diesen 200 Gene.

Die Forscher waren überrascht zu finden, dass viele von diesen 200 genetische Unterschiede wurden im Zusammenhang mit dem Haar textur, anstatt Pigmentierung. Andere sind beteiligt bei der Bestimmung, wie das Haar wächst—ob lockig oder gerade, zum Beispiel.

Die Studie, veröffentlicht in Nature Communications, wurde gefördert von der Medical Research Council und der Biotechnologie und Biologische Wissenschaften Research Council.

Professor Ian Jackson, der Medical Research Council Human Genetics Unit der Universität von Edinburgh, sagte: „Wir waren in der Lage, die macht der UK Biobank, eine riesige und einzigartige genetische Studie von einer halben million Menschen in Großbritannien, die es uns erlaubt, um diese Effekte zu finden.“

Professor Albert Tenesa, von der University of Edinburgh, Roslin Institute, sagte: „Wir sind sehr erfreut, dass diese Arbeit hat enträtselt, die meisten der genetischen variation beitragen, Unterschiede in der Haarfarbe unter den Menschen.“