当沙门氏菌或耶尔森氏菌等细菌引起发烧，腹泻或腹痛时，微小的“注射针”就会起作用：它们的3型分泌系统(简称T3SS)将细菌毒力蛋白直接射入真核宿主细胞。研究人员已经考虑使用细菌注射装置将蛋白质引入真核细胞。Max Planck研究团队现已成功地通过光遗传学(即用光)控制注射系统。将来，这将使该系统能够用于生物技术或医学应用。

T3SS对于许多重要的人类病原体(包括沙门氏菌，志贺氏菌和致病性大肠杆菌)的毒力至关重要，每年导致数百万人死亡。它在医院感染中也很重要，例如铜绿假单胞菌，其中功能性T3SS的存在与动物模型中的较高死亡率和增加的抗生素耐药性，严重的疾病以及受感染的人的不良预后有关。

因此，T3SS被认为是可能削弱其功能并预防感染的潜在疗法的主要靶标。另一方面，劫持该细菌系统将提供机会，使蛋白质通过T3SS受控地传递到宿主细胞，就像在特洛伊木马中一样。通过T3SS进行蛋白质注射快速而有效：单个注射体可以在几秒钟内转移数千个效应蛋白。

但是，尽管T3SS注射系统功能强大，但它仍然不准确-令研究人员大失所望。研究小组组长Andreas Diepold说：“一旦T3SS接触任何宿主细胞，它就会立即激发其负荷。这对于生物技术或医学中我们希望靶向特定细胞类型(例如肿瘤治疗)的应用不利。”在马尔堡马克斯-普朗克陆地微生物研究所。

通过开/关开关注射蛋白质

但是现在，Andreas Diepold和他的团队朝着这个目标迈出了一大步：他们成功地使用了分子光开关来控制T3SS注射体。这将使科学家能够在精确的时间和地点将蛋白质注射到真核细胞中。“在牛津大学进行博士后研究时，我发现T3SS的某些部分是动态的，” Andreas Diepold回忆说。“它们在这种设备和牢房内部之间不断交换。”这位科学家将他的发现应用于光遗传学的年轻研究领域。此技术的原理是，当用特定波长的光激发时，可以通过改变其构象来以毫秒速度控制蛋白质相互作用，从而可以快速，特异性地控制生物系统中定义的分子过程。

博士生弗洛里安·林德纳(Florian Lindner)将动态T3SS组件与该光遗传学相互作用开关的一部分结合在一起，而将其另一部分固定在细菌膜上。通过将细菌和宿主细胞暴露在蓝光下，可以打开和关闭T3SS组件的可用性以及因此T3SS的功能。

将LITESEC应用于肿瘤研究

由于该系统在注射哪种蛋白质方面具有灵活性，因此可以多种方式使用。在与马尔堡菲利普斯大学的Thorsten Stiewe的合作下，研究小组使用新系统攻击并杀死了培养的肿瘤细胞。该小组现在计划将该技术用于将来的基础研究和进一步应用的开发。