Anzeige
Like their human hosts, bacteria need iron to survive and they must obtain that iron from the environment. While humans obtain iron primarily through the food they eat, bacteria have evolved complex and diverse mechanisms to allow them access to iron.
A Syracuse University research team led by Robert Doyle, assistant professor of chemistry in The College of Arts and Sciences, discovered that some bacteria are equipped with a gene that enables them to harvest iron from their environment or human host in a unique and energy efficient manner. Doyle's discovery could provide researchers with new ways to target such diseases as tuberculosis. The research will be published in the August issue (volume 190, issue 16) of the prestigious Journal of Bacteriology, published by the American Society for Microbiology.
"Iron is the single most important micronutrient bacteria need to survive," Doyle says. "Understanding how these bacteria thrive within us is a critical element of learning how to defeat them."
Doyle's research group studied Streptomyces coelicolor, a Gram-positive bacteria that is closely related to the bacteria that causes tuberculosis. Streptomyces is abundant in soil and in decaying vegetation, but does not affect humans. The TB bacteria and Streptomyces are both part of a family of bacteria called Actinomycetes. These bacteria have a unique defense mechanism that enables them to produce chemicals to destroy their enemies. Some of these chemicals are used to make antibiotics and other drugs.
Actinomycetes need lots of iron to wage chemical warfare on its enemies; however, iron is not easily accessible in the environments in which the bacteria live— e.g. human or soil. Some iron available in the soil is bonded to citrate, making a compound called iron-citrate. Citrate is a substance that cells can use as a source of energy. Doyle and his research team wondered if the compound iron-citrate could be a source of iron for the bacteria. In a series of experiments that took place over more than two years, the researchers observed that Streptomyces could ingest iron-citrate, metabolize the iron, and use the citrate as a free source of energy. Other experiments demonstrated that the bacteria ignored citrate when it was not bonded to iron; likewise, the bacteria ignored citrate when it was bonded to other metals, such as magnesium, nickel, and cobalt.
The next task was to uncover the mechanism that triggered the bacteria to ingest iron-citrate. Computer modeling predicted that a single Streptomyces gene enabled the bacteria to identify and ingest iron-citrate. The researchers isolated the gene and added it to E. coli bacteria (which is not an Actinomycete bacteria). They found that the mutant E. coli bacteria could also ingest iron-citrate. Without the gene, E. coli could not gain access to the iron.
"It's amazing that the bacteria could learn to extract iron from their environment in this way," Doyle says. "We went into these experiments with no idea that this mechanism existed. But then, bacteria have to be creative to survive in some very hostile environments; and they've had maybe 3.5 billion years to figure it out."
The Streptomyces gene enables the bacteria to passively diffuse iron-citrate across the cell membrane, which means that the bacteria do not expend additional energy to ingest the iron. Once in the cell, the bacteria metabolize the iron and, as an added bonus, use the citrate as an energy source. Doyle's team is the first to identify this mechanism in a bacteria belonging to the Actinomycete family. The team plans further experiments to confirm that the gene performs the same signaling function in tuberculosis bacteria. If so, the mechanism could potentially be exploited in the fight against tuberculosis.
"TB bacteria have access to an abundant supply of iron-citrate flowing through the lungs in the blood," Doyle says. "Finding a way to sneak iron from humans at no energy cost to the bacteria is as good as it gets. Our discovery may enable others to figure out a way to limit TB's access to iron-citrate, making the bacteria more vulnerable to drug treatment."
Sara Miller | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.syr.edu
Weitere Berichte zu: Actinomycete > Chemical > citrate > experiments > ingest > iron-citrate > mechanism > Streptomyces > Tuberculosis
Newly discovered breast milk antibodies help neutralize HIV
23.05.2012 | Duke University Medical Center
Scientists unravel role of fusion gene in prostate cancer
23.05.2012 | New York- Presbyterian Hospital/Weill Cornell Medical Center/Weill Cornell Medical College
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Ein neuer Sonderforschungsbereich (SFB) an der Philipps-Universität geht der einzigartigen Fähigkeit von Mikroorganismen auf den Grund, sich ständig an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert den SFB 987 mit dem Titel "Mikrobielle Diversität in der umweltabhängigen Signalantwort" in den kommenden vier Jahren mit voraussichtlich mehr als sieben Millionen Euro.
„Die erfolgreiche Beantragung des neuen Sonderforschungsbereichs belegt einmal mehr die exzellenten wissenschaftlichen Leistungen im Bereich der Mikrobiologie am Standort Marburg“, erklärt Professor Dr. Frank Bremmer, der Marburger Uni-Vizepräsident für Forschung. „Die Einrichtung des SFB wird Marburgs Stellung als zentraler Ort der mikrobiologischen Forschung festigen und deren internationale Sichtbarkeit weiter erhöhen.“ ...
Erosion in tropischen Küstenregionen führt zum schnellen Tod der Korallen
Die Farbigkeit, Vielfalt und Exotik der tropischen Korallenriffe fasziniert viele Menschen weltweit. Und doch sind es die Folgen unserer Zivilisation, die dieses fragile Ökosystem bedrohen durch Klimaerwärmung, Sauerstoffmangel und Ozeanversauerung. Fortschreitende Industrialisierung, Waldrodungen und intensive Landwirtschaft in küstennahen Gebieten führen zu Erosion und verändern die Lebensbedingungen im Meer dramatisch.
Jetzt ...
Anzeige
Anzeige

23.05.2012 | Energie und Elektrotechnik
Nano-Müll lässt sich nicht verbrennen
23.05.2012 | Ökologie Umwelt- Naturschutz
Nea Kameni volcano movement captured by Envisat
23.05.2012 | Geowissenschaften
Jeder Mensch ist anders - Nutzen der individualisierten Medizin
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
14th Leibniz Conference of advanced science „Sensorsysteme 2012“
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Exklusive Kontakte beim Investforum
23.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten