Superelastiska och sicksack-formade proteinstrukturer ger vidhäftningsförmåga till antibiotikaresistenta bakterier

Forskare vid Umeå universitet har deltagit i ett internationellt samarbete som har avslöjat den molekylära strukturen och mekanismen vid bildandet av en speciell och tidigare okänd typ av sicksack-formad pili-struktur som finns hos bakterien Acinetobacter baumannii. De nya rönen publiceras i tidskriften Nature.

Antibiotikaresistenta bakterier av arten Acinetobacter baumannii har blivit ett globalt hälsohot som orsakar många allvarliga och livshotande infektioner särskilt bland patienter inom sjukhusmiljöer och annan hälsovård. Bakterien är av WHO rankad som högsta prioritet (”Priority 1: CRITICAL”) när det gäller behovet av nya antibiotika och utveckling av alternativa medel för att motverka infektionerna.

Vidhäftning till olika slags ytor genom produktion av pili, filament av proteinpolymerer på sin yta, är en av egenskaperna hos bakterien som starkt bidrar till dess förmåga att etablera sig i sjukhusmiljöer och att kolonisera olika vävnader som leder till infektion. Csu pili hos A. baumannii tillhör en grupp av pili, ”archaic chaperone-usher pili” som förekommer hos många olika bakteriearter men dess molekylära struktur har varit okänd. Ett internationellt samarbete under ledning av profesor Anton V. Zavialov vid University of Turku, Finland, har nu klarlagt den molekylära strukturen för Csu pili och hur dess speciella superelastiska sicksack uppbyggnad bildas.

Genom att kombinera molekylärbiologisk metodik med högupplösande mikroskopi och olika nanoteknologier (Atomic Force Microscopy, Cryo-EM, Optical Tweezers) har de samarbetande forskarna vid University of Turku, California Institute of Technology, Uppsala universitet, och Umeå universitet karakteriserat både struktur och dynamik hos Csu pili. De upptäckte att Csu pili har en konceptuellt ny sicksack-formad struktur som leder till superelastiska egenskaper.

- Karakteriseringen av strukturen för Csu pili och av mekanismen hur de bildas, där en speciell ”clinch” mekanism ingår, utgör viktiga bidrag i våra strävanden att hitta ny sätt att påverka och förhindra bakteriernas möjligheter att orsaka infektion och sjukdom. Vi har redan idéer om hur de nya rönen bör kunna nyttjas till utveckling av nya strategier för att motverka infektion, kommenterar professor Bernt Eric Uhlin vid institutionen för molekylärbiologi, Umeå universitet. En postdoc, Dr. Si Lhyam Myint, har också deltagit i samarbetet och med stöd främst från Kempestiftelserna och Vetenskapsrådet bedriver Uhlin och hans medarbetare molekylär infektionsmedicinsk forskning bland annat på bakterien Acinetobacter baumannii.

- Mätningar av de biomekaniska egenskaperna hos Csu pili med vår kraftmätande optiska pincett visar att de har en uppbyggnad som får superelastiska egenskaper, en egenskap som observerats för första gången hos makromolekyler. De unika egenskaperna hos dessa pili leder till en rad nya intressanta frågeställningar när vi vill förstå hur de fungerar i sin roll som vidhäftningsmekanism för bakterierna, förklarar universitetslektor Magnus Andersson vid institutionen för fysik, Umeå universitet, där han leder Biofysik och Biofotonikgruppen som utvecklar optiska pincetter. Mätningarna genomfördes av nyligen disputerade doktoranden Tobias Dahlberg och projektet har finansiellt stöd från bland andra Kempestiftelserna och Vetenskapsrådet.

Korresponderande författare:

Anton V. Zavialov
E-post: antzav@utu.fi
Tel: +358-505 391396

Kontakter vid Umeå universitet:

Magnus Andersson
E-post: magnus.andersson@umu.se
Tel: +46-70-6460602

Bernt Eric Uhlin
E-post: bernt.eric.uhlin@umu.se
Tel: +46-70-6757344