Genom att strukturera om i cellväggarna kan bakterier överleva attacker från värdens immunsystem – och bli antibiotikaresistenta, visar forskning vid Umeå universitet. Upptäckten av bakteriernas förmåga att variera i cellväggarna kan bana väg för ny antibiotika.
Bakteriers cellväggar är uppbyggda av en nätliknande struktur, som ger bakterierna sin artspecifika form och skyddar mot angrepp utifrån. Strukturen, som kallas för peptidoglykan, är också angreppspunkt för en viss sorts antibiotika, exempelvis penicillin.
Trots att peptidoglykan-strukturen är känd sedan länge, finns begränsad kunskap om dess naturliga variation och anpassningsförmåga. En forskargrupp vid The Laboratory for Molecular Infection Medicine Sweden (MIMS) och institutionen för molekylärbiologi vid Umeå universitet är pionjärer inom forskningsfältet.
– Vår nya studie betyder mycket för att bättre förstå cellväggens biologi hos bakterier. Resultaten öppnar också nya möjligheter för att utveckla artspecifika strategier mot mikrobiella infektioner, säger Felipe Cava, som leder forskargruppen.
Modifierar i cellväggarna för att klara sig i tuffa miljöer
I studien undersökte umeå-forskarna hur cellväggen i så kallade protobakterier varierar. Till gruppen hör bland annat sjukdomsframkallande bakterier i människa, växter och djur. Forskarna upptäckte nya kemiska förändringar i cellväggen hos ättiksyrabakterier – Acetobacter – en betydelsefull bakterie inom livsmedelsindustrin
– Vi hittade en helt ny variant av peptidoglykan-struktur i dessa bakterier. Bland annat upptäcktes en förändring i en av byggstenarna – diaminopimelinsyra – som också påträffas hos bakterier som är motståndskraftiga mot penicillin. Dessutom såg vi att ättiksyrebakterier även kan ändra sätt att sätta ihop maskorna i peptidoglykan-nätet, något som hittills inte varit känt, förklarar Felipe Cava.
Forskarna tror att bakterierna använder dessa modifierade strukturer för att lättare kunna kolonisera miljöer med hård konkurrens.
Antagligen gör fler bakterier på samma vis
– Förändringarna i cellväggen ger bakterierna ett mycket starkare skydd mot de farliga enzymer som utsöndras av konkurrerande mikrober. Dessutom minskar den modifierade strukturen immunsvaret hos fruktfluga, en naturlig värd för bakterierna.
– Vi tror att dessa kemiska egenskaper i cellväggen är en generell strategi som används av flera andra bakterier i flugans tarmkanal, säger Felipe Cava.
Artikel: Chemometric Analysis of Bacterial Peptidoglycan Reveals Atypical Modifications which Empower the Cell Wall against Predatory Enzymes and Fly Innate Immunity. Journal of the American Chemical Society DOI: 10.1021/jacs.6b04430. Akbar Espaillat, Oskar Forsmo, Khouzaima El Biari, Rafael Björk, Bruno Lemaitre, Johan Trygg, Francisco Javier Cañada, Miguel A de Pedro, and Felipe Cava
Kontakt: Felipe Cava, PhD, Associate Professor. The Laboratory for Molecular Infection Medicine Sweden (MIMS), Umeå Centre for Microbial Research (UCMR). Institutionen för molekylärbiologi vid Umeå universitet felipe.cava@umu.se090-785 6755
Läs mer:
Cava lab
Cava lab at MIMS
Felipe Cava rekryterades 2013 som Wallenberg Academy Fellow till Umeå universitet, och leder en oberoende forskargrupp vid MIMS, den svenska noden i Nordic EMBL Partnership for Molecular Medicine. Den aktuella studien är ett resultat av ett samarbete med forskare vid Computational Life Science Cluster (CLIC) vid Umeå universitet, det spanska forskningsrådet Spanish National Research Council (CSIC) och École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Schweiz. Studien baseras på data från den stora forskningsdatabasen MUREINome. I databasen samlas data från tusentals olika bakteriearter, som både lever i naturen och i parasiterande och symbiotiska relationer med andra organismer, exempelvis i tarmmiljöer.
