Genmultiplicering – den snabba vägen till infektion
Forskare vid Umeå universitet är först med upptäckten att bakterier kan mångfaldiga de sjukdomsframkallande gener som behövs för att snabbt etablera en infektion.
För mer än 22 år sedan upptäckte forskare vid Umeå universitet en dittills okänd infektionsstrategi i humanpatogena Yersinia-bakterier – en proteinstruktur i bakteriernas cellvägg som liknats vid en injektionsspruta. Strukturen, som fick namnet ”Type III secretion system” eller T3SS, gör det möjligt att överföra bakteriella proteiner in i värdceller och påverka dess metabolism.
Efter den första upptäckten har forskare hittat T3SS i flera andra bakterier, och T3SS har visat sig vara en vanlig mekanism som farliga bakterier använder vid kontakt med värdceller. Nu har de också hittat ett samband mellan infektion och snabb produktion av de viktiga proteiner som behövs för att bilda ”gift-sprutan”.
Tillsammans med forskare vid Helmholtz Centre for Infection Research i Braunschweig, Tyskland, undersökte forskarna virulensstrategin hos Yersinia pseudotuberculosis. Denna bakterie kan ge akut diarré, kräkningar och magsmärtor, och är nära besläktad med den dödliga pestbakterien, som den delar många infektionsmekanismer med. De gener som dessa bakterier behöver för att kunna infektera ligger på en ringformad extrakromosom som kallas virulens-plasmiden.
Genomförde infektionsexperiment
Forskarna genomförde först infektionsexperiment med cellkulturer av humana celler och bekräftade därefter sina upptäckter även med djurexperiment. Det visade sig att en enstaka kopia av plasmiden inte var tillräckligt för att framkalla infektion – men infektionsforskarna upptäckte då att Yersinia vid kontakt med värdceller satte igång en ”kopieringsmaskin”, som mångfaldigt multiplicerar plasmiden.
– Det är en mycket klurig strategi som Yersinia har utvecklat, säger postdoktoranden Helen Wang som genomfört en stor del av experimenten.
– Att bära ett större antal plasmider kostar en hel del energi och påverkar bakteriernas metabolism och tillväxt negativt. Men att ha ett genexemplar i beredskap som en förlaga, som snabbt kan multipliceras vid en infektion, är en mycket smart lösning. En mångfald av plasmider ger bakterierna möjlighet att snabbt bygga upp många T3SS och alla tillhörande proteiner som behövs för att slå ut celler vid en infektion, fortsätter Helen Wang.
Det är första gången forskare kan påvisa att en starkt ökad gen-dosering av plasmid-kodade gener är nödvändig för att sjukdomsframkallande bakterier ska lyckas med infektion.
– Vår studie är ett genombrott eftersom vi kan visa att gen-dosering av plasmid-kodade gener är en strategi som används av bakterier. Denna upptäckt kommer att bidra till vår förståelse av bakteriell antibiotikaresistens och är ett stort steg framåt för kunskapen om hur bakterier orsakar sjukdom, kommenterar Tomas Edgren, som tillsammans med Hans Wolf-Watz lett studien.
Originalpublikation:
H. Wang, K. Avican, A. Fahlgren, S. F. Erttmann, A. M. Nuss, P. Dersch, M. Fallman, T. Edgren, H. Wolf-Watz: Increased Plasmid Copy-number is Essential for Yersinia T3SS Function and Virulence. Science. DOI: 10.1126/science.aaf7501
Kontaktinformation:
Tomas Edgren, forskare, Umeå Centre for Microbial Research (UCMR), Institutionen för molekylärbiologi, Umeå universitet, Epost: tomas.edgren@umu.se
Hans Wolf-Watz, professor, Umeå Centre for Microbial Research (UCMR), The Laboratory for Molecular Infection Research (MIMS), Institutionen för molekylärbiologi, Umeå universitet
