Mekanismen bakom antibakteriella substanser klarlagd genom “fiske”

Bakterieinfektioner fortsätter att vara att stort hälsoproblem världen över och allt fler bakterier blir motståndskraftiga, resistenta, mot de läkemedel som används i dag. Forskare på Umeå Centre for Microbial Research vid Umeå universitetet arbetar intensivt med att studera hur mikroorganismer orsakar sjukdom och hur nya antibakteriella substanser kan utvecklas. Bakterier använder en mängd sofistikerade maskinerier, virulenssystem, för att kunna orsaka en infektion i en värdorganism.

Mikael Elofsson har med sin forskargrupp identifierat en uppsättning substanser som slår ut ett speciellt virulenssystem som kallas typ III-sekretion. Bakterierna använder sekretionsmaskineriet till att injicera ett antal gifter, toxiner, in i värdorganismens celler. Bakterien undviker på så sätt första linjens försvar och kan etablera en infektion. Substanserna har visat sig fungera mot en rad bakterier som använder typ III-sekretion t.ex. Yersinia, Salmonella, Chlamydia, Shigella och vissa typer av Escherichia coli. Resultaten är lovande och öppnar upp möjligheten att utveckla helt nya typer av läkemedel.

Forskarna identifierade och studerade substanserna med hjälp av hela bakterieceller vilket har både för- och nackdelar.

– Att arbeta med hela bakterieceller har fördelen att vi direkt vet att substanserna verkligen fungerar på bakterien som orsakar infektionen. Nackdelen är att den exakta mekanismen, alltså vilka proteiner i bakterien substanserna binder till inte är känd säger Mikael Elofsson.

Om verkningsmekanismen kan bestämmas ökar möjligheterna att fortsätta arbetet med att ta fram förbättrade substanser. Forskargruppen valde en metod som kan liknas vid fiske med mask och krok.

– Vi använde en av våra lovande substanser som agn på kroken och med kemisk syntes satte vi samman hela fiskeutrustningen, säger Caroline Zetterström som är doktorand i Mikael Elofssons forskargrupp.

I samarbete med Andrew Roe på Glasgow Biomedical Research Centre vid University of Glasgow inleddes en ”fiskeexpedition”. Från bakterierna identifierade forskargruppen en uppsättning proteiner som band till den agnade kroken d.v.s. substansen som blockerar typ III-sekretion. Det fortsatta arbetet inriktade man mot de tre mest lovande proteinerna och de kunde bekräfta att substanserna verkligen binder till proteinerna.

Dessutom bestämde forskarna den tredimensionella strukturen för ett av proteinerna och den exakta positionen där substansen binder in. Det visade sig att substanserna troligtvis inte slår direkt mot proteiner i maskineriet utan snarare proteiner som är involverade i hur typ III-sekretionen regleras.
I framtiden fokuserar därför forskarna i Umeå och Glasgow på att ta fram nya substanser som slår mot de identifierade proteinerna och att bestämma exakt hur proteinerna reglerar typ III-sekretionens funktion.
 
För mer information, kontakta gärna:
Mikael Elofsson, kemiska institutionen
Telefon: 090-786 93 28
E-post: mikael.elofsson@chem.umu.se
 
Mer om studien:
Artikeln är publicerad i tidskriften Journal of Biological Chemistry, vol. 286, 2011, sid. 29922-29931 och har titeln: Identification of Bacterial Target Proteins for the Salicylidene Acylhydrazide Class of Virulence-blocking Compounds.
Författare är: Dai Wang, Caroline E. Zetterström, Mads Gabrielsen, Katherine S. H. Beckham, Jai J. Tree, Sarah E. Macdonald, Olwyn Byron, Tim J. Mitchell, David L. Gally, Pawel Herzyk, Arvind Mahajan, Hanna Uvell, Richard Burchmore, Brian O. Smith, Mikael Elofsson och Andrew J. Roe.
Referens