Hur bakterier skyddar sig mot egna vapen

Bakterier kan med hjälp av enzymer förstöra cellmembranet hos sina bakteriella konkurrenter utan att det egna cellmembranet skadas. Dessa forskningsresultat, som forskare från Umeå universitet och University of Washington, USA, publicerar i tidskriften Nature, öppnar för utveckling av nya antibiotika som baseras på bakteriernas egna vapen.

När en människa insjuknar i en infektion kan det beror på att bakterier utsöndrar gifter som skadar kroppens celler och vävnader. På samma sätt kan bakterier även slå ut konkurrerande mikroorganismer. Bakterierna äger ett så kallat molekylärt sekretionsverktyg som liknar en injektionsspruta. Av de kända sekretionssystem som finns spelar typ VI-systemet, som finns i ett flertal olika bakteriearter, en mycket viktig roll.

Det svensk-amerikanska forskningsteamet har upptäckt att en specifik enzymgrupp, fosfolipaser, kan spridas av typ VI-sekretionssystemet och påverka cellmembranet hos bakteriens motståndare. Överraskande nog hade dessa fosfolipaser inte någon effekt på den enzymproducerande bakteriens eget membran, trots att det är uppbyggt på samma sätt som motståndarens.

Sun Nyunt Wai, professor vid laboratoriet för molekylär infektionsmedicin (MIMS) och institutionen för molekylärbiologi vid Umeå universitet, samt Joseph D. Mougous, professor vid University of Washington, Seattle, USA, har i sina forskargrupper studerat gener och proteiner som ligger bakom denna selektiva försvarsmekanism. De studerade typ VI-sekretionssystem i Pseudomonas aeruginosa, en jordbakterie som kan orsaka svåra infektioner i mag-tarmkanalen, blodet och lungorna. De undersökte även sekretionssystemet i kolerabakterien, Vibrio cholerae, som orsakar livshotande diarréer.

– Bakterierna har utvecklat ett flertal strategier för att kunna försvara sig mot sina fiender och konkurrenter i miljön. Vi upptäckte i vår studie att bakterierna kan bryta ned en stor fosfolipidkomponent i cellmembranen med hjälp av fosfolipaser. Något överaskande visade det sig också att bakterierna inte bara producerar dessa enzymer. Deras immunförsvar bildar samtidigt ett protein som skyddar dem mot sin egen gift, säger Sun Nyunt Wai.

När forskarna istället använde muterade bakterier, som saknade gener för immunitet, så förstördes bakteriernas eget membran och började läcka. Det innebär att bakteriecellerna då förstörde sig själva med sitt eget gift.

– Att fosfolipaser från bakterier, utöver att påverka bakteriens förmåga att framkalla sjukdom, också kan också fungera som ett effektivt vapen när det gäller att konkurrera med andra bakterier, var verkligen överaskande. Det utmanar de grundläggande uppfattningar som vi har om dessa enzymer, säger doktoranden Alistair B. Russell vid University of Washington i Seattle, som är studiens försteförfattare.

Från Umeå universitet har professor Sun Nyunt Wai medverkat tillsammans med studenten Krisztina Hathazi och postdoktorn Takahiko Ishikawa. Den amerikanska delen av studien har genomförts av doktoranderna Alistair B. Russell och Michele LeRoux, samt av professorerna Joseph D. Mougous och Paul A. Wiggins vid University of Washington i Seattle.

Mer information:

Sun Nyunt Wai, professor
Institutionen för molekylärbiologi och
Laboratoriet för molekylär infektionsmedicin Sverige (MIMS)
Umeå universitet

E-post: Sun.nyunt.wai@molbiol.umu.se

Tel: 090-785 67 04

Originalpublikation:
Alistair B. Russell, Michele Leroux, Krisztina Hathazi, Danielle M Agnello, Takahiko Ishikawa, Paul A. Wiggins, Sun Nyunt Wai, och Joseph D. Mougous: Diverse type VI secretion phospholipases are functionally plastic antibacterial effectors. Nature, 2013. DOI 10.1038/nature12074.