Rörelser i proteiner ger ledtrådar till spridning av antibiotikaresistens

Forskare vid Umeå universitet har upptäckt hur en viss typ av protein rör sig för att DNA ska kopieras. Upptäckten kan få konsekvenser för förståelsen av hur gener för antibiotikaresistens sprids mellan bakterier.

– Att studera DNA-replikation är en bra utgångspunkt för att potentiellt identifiera mål för framtida läkemedelsutveckling, säger Ignacio Mir-Sanchis, ledande forskare i gruppen vid Umeå universitet som publicerat studien.

Alla cellorganismer måste replikera sitt genetiska material, DNA, för att sprida sig, så att en kopia går till en dottercell och den andra kopian går till den andra dottercellen. DNA-molekylen kan liknas vid ett mycket långt pärlbandpärlor, där pärlorna utgör byggstenarna eller enheterna.

Pärlbandet har två strängar som är sammanflätade för att bilda en spiralstruktur, en dubbelhelix. För att duplicera sitt genetiska material måste cellen gå från en till två DNA-molekyler, en process som kallas DNA-replikation, och den börjar med att separera de två DNA-strängarna. För att separera de två strängarna har celler specialiserade proteiner som kallas helikaser.

En forskargrupp vid Institutionen för medicinsk biokemi och biofysik vid Umeå universitet har funnit hur helikaser interagerar och flyttar på DNA för att separera dess strängar. Upptäckten möjliggjordes genom så kallad kryoelektronmikroskopi, där Umeå har en av Sveriges mest avancerade anläggningar. Kryoelektronmikroskopi gör det möjligt för forskare att ta ögonblicksbilder av en enda molekyl. Genom att kombinera miljontals ögonblicksbilder kan de göra en film och se hur helikaserna rör sig.

– När vi analyserade våra ögonblicksbilder såg vi att helikaser flyttar olika delar, så kallade domäner, via två separata rörelser. Två domäner roterar och lutar mot varandra. Dessa rörelser ger oss ledtrådar om hur dessa helikaser rör sig på DNA och separerar de två trådarna, säger Cuncun Qiao, postdoktor i teamet och försteförfattare till artikeln.

Mir-Sanchis labb fokuserar på infektionsbiologi och studerar bakterien Staphylococcus aureus. Forskarna är intresserade av att förstå DNA-replikationen av Staphylococcus aureus, av virus som infekterar bakterien, så kallade bakteriofager, och av virala satelliter. Virala satelliter är virus som parasiterar på andra virus.

Staphylococcus aureus infekterar och dödar miljontals människor världen över och anses vara ett stort hot eftersom bakterien har blivit resistent mot nästan alla antibiotika. Något överraskande fann forskarna att de ge gener som är inblandade i antibiotikaresistens ibland också förekommer i virala satelliter. Det gör arbetet ännu mer medicinskt relevant.

– Resultaten breddar vår förståelse för hur antibiotikaresistensgener sprids, även om det är värt att notera att de rörelser vi har identifierat här också har setts i helikaser som finns i eukaryota virus och även i mänskliga celler. Det är alltid förvånande hur viktiga mekanismer bevaras från bakteriofager till människor, säger Ignacio Mir-Sanchis.

Arbetet är publicerad i den vetenskapliga tidskriften Nucleic Acids Research. Forskningen stöds av Wallenberg centrum för molekylär medicin i Umeå, WCMM.

Om den vetenskapliga publikationen
Staphylococcal self-loading helicases kopplar ihop trappmekanismen med interdomän hög flexibilitet
Cuncun Qiao, Gianluca Debiasi-Anders, Ignacio Mir-Sanchis
doi.org/10.1093/nar/gkac625

För mer information, kontakta gärna
Ignacio Mir-Sanchis
Telefon: 076-697 43 63
E-post: ignacio.mir-sanchis@umu.se