重金属平衡:研究铜帮助细胞对抗细菌入侵

铜是所有生物体维持健康新陈代谢所必需的微量营养素。但除非铜与蛋白质结合，否则它对细胞也是有毒的。伍斯特理工学院(WPI)的研究人员将从美国国家卫生研究院(NIH)获得130万美元的奖金，对细菌中的铜进行系统研究假单胞菌铜绿假单胞菌（P.铜绿假单胞菌）是一种越来越耐抗生素的医院相关感染的主要原因，希望发现可能让身体中的细​​胞使用铜对抗这种细菌入侵者来对抗这种细菌入侵者的新药靶标的感染。

美国疾病控制和预防中心（CDC）估计，51,000名医院或医疗保健相关案件P.铜绿假单胞菌感染于每年发生在美国。细菌通常会导致住院患者的血液感染或肺炎。这些病例中的超过6,000例涉及细菌的多药抗菌菌株。根据CDC，每年约有400人死亡归因于这些感染。

“这是一种重要的有机体，因为潜在对医院获得的感染的潜在影响，”WPI的化学和生物化学教授JoséAgüello，博士，沃尔特和米里亚姆·鲁特曼教授说，他们是NIH奖的主要调查员。“我们希望通过这项工作学习的内容也适用于其他病原体。”

新研究项目特别重要，铜是致病性微生物毒力的关键因素P.铜绿假单胞菌并且在人类细胞反击它们的能力。铜燃料的反应，产生称为反应性氧物质的分子，可以损坏和杀灭细胞。在对感染的战斗中，宿主细胞试图迫使更多的铜进入入侵病原体，在那里它可以产生反应性物种并破坏入侵者。同时，细菌致力于处理过量的铜。

“铜处于宿主 - 病原体相互作用的核心，”Argüello说。“在这种关系中，铜的生命促进品质与其毒性之间的平衡是关键。在这个项目中，我们希望更好地了解平衡 - 并潜在发现使用它来对抗细菌感染的方式 - 通过开发第一个全身模型如何管理铜假单胞菌铜绿假单胞菌通过使用体内实验和数学建模。”

在WPI自1996年以来，Argüello专注于将铜，锌，钴和铁等铜，锌，钴和铁相连的蛋白质的结构和功能侧重于细胞膜。这些微量营养素在所有生物体中进行基本功能，包括维持结构，赋予蛋白质催化活性，并参与血液中氧气的运输和植物中的糖的合成。

以前的Argüello和其他人确定了许多分子机制，援助铜从细胞出来并帮助细菌保持适当的平衡。机制帮助入侵者在不被主持人的响应中封闭感染。

这项工作中的大部分都集中在个体分子和蛋白质上，但整个铜加工网络都仍然不为人知。在新的研究中，Argüello的团队将采用大幅度的方法，使用各种生化工具和基因组和蛋白质组学数据来构建整个铜分配系统的模型P.铜绿假单胞菌。

“铜通常不会在细胞中自由浮动。”Argüello说。“有粘合铜的蛋白质网络，将其带入电池，将其移动到所需的位置，处理它，或者在存在太多时将其泵出来。我们的目标是创造一个强大的模型可以使铜网络如何运作的系统以及如何对某些变化进行反应的系统。这可能显示我们对新类别抗生素的翻译研究，这可能向我们展示能够破坏铜系统的新目标假单胞菌铜绿假单胞菌和其他病原体。“

协助该项目将是Reinhard Laubenacher，康涅狄格大学定量医学中心主任，一个生物信息学专家，他们将基于Argüello的实验室的数据建立数学模型收集铜制加工。

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