Forskare upptäcker molekylär ”streckkod” som används av bakterier för att utsöndra toxiner

Bacteria

Forskare vid McMaster University har upptäckt ett molekylärt ”streckkodssystem” som används av sjukdomsframkallande bakterier för att skilja mellan nyttiga och giftiga molekyler.

Den nya studien, som publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), visar att många bakterier bildligt talat kan skanna genetiska koder för att lära sig vilka proteiner de ska behålla och vilka proteiner de ska släppa ut i miljön.

Enligt forskarna är de proteiner som släpps ut ofta giftiga för mänskliga celler, vilket gör att förmågan att skilja mellan proteiner är avgörande för en bakteries förmåga att orsaka infektionssjukdomar.

”Proteiner är en av livets grundläggande byggstenar”, förklarar John Whitney, docent vid institutionen för biokemi och biomedicinska vetenskaper vid McMaster och huvudansvarig för studien. ”De gör det bokstavligen möjligt för bakteriella patogener att göra allt som de gör. Och medan de allra flesta proteiner stannar kvar i bakterierna för att utföra funktioner som metabolism, finns det en mycket liten undergrupp som agerar utanför organismen – som toxiner.”

Whitney, som är medlem av Michael G. DeGroote Institute for Infectious Disease Research, säger att även om det bakteriella sekretionssystemet och själva toxinerna har studerats länge, förstod man inte hur bakterier diskriminerar mellan giftiga och icke-toxiska proteiner före studien.

Whitneys laboratorium, som leds av biokemistudenterna Prakhar Shah och Timothy Klein (nu postdoktor vid University of California, San Francisco), ifrågasatte hur tre fundamentalt olika toxiner alla kunde utsöndras av samma bakteriella sekretionssystem.

”Det fanns inga kända likheter mellan toxinerna – de ser inte likadana ut och de gör inte heller något liknande”, säger Whitney. ”Vår logik var att om de alla skulle passera genom samma proteinsekretionsmaskin måste det finnas något gemensamt mellan dem.”

Och mycket riktigt, det fanns det. Varje toxin delade en ”domän”, som Whitney i vardagligt tal jämför med en streckkod. Han berättar att streckkoden visserligen delades av alla de tre toxiner som studerades, men att den saknades hos de övriga cirka 3 000 proteinerna i bakterierna, vilket tyder på att den fungerar som exportsignal.

Shah, som tillsammans med Klein är förstaförfattare till studien, säger att teamet kunde bevisa detta koncept experimentellt genom en kombination av genetiska, biokemiska och strukturella metoder, inklusive viktiga ”röntgenkristallografistudier” som gjorde det möjligt för dem att rena proteinerna och få en tydligare bild av de så kallade streckkoderna och hur de fungerade.

Forskargruppen tror att denna nya information så småningom kan få en rad viktiga biotekniska och infektionssjukdomsrelaterade tillämpningar. Shah påpekar särskilt att resultaten är relevanta för vår förståelse av en rad grampositiva patogener, inklusive de typer av bakterier som är ansvariga för allvarliga infektionssjukdomar som tuberkulos och listerios.

”Många patogener använder det här systemet”, säger Shah. ”Därför har vår upptäckt stor betydelse för vår förståelse av de virulensstrategier som används av ett brett spektrum av mänskliga patogener.”

Ytterligare information: Structure of a tripartite protein complex that targets toxins to the type VII secretion system, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2312455121. doi.org/10.1073/pnas.2312455121

Bli först med att kommentera

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte att publiceras.