Rörliga proteiner ledtråd till antibiotikaresistens

Alla cellorganismer måste kunna kopiera sitt genetiska material, DNA, för att kunna dela sig och spridas.

Själva DNA-molekylen kan liknas vid ett mycket långt pärlband, där pärlorna utgör byggstenarna eller enheterna.

Pärlbandet har två strängar som är sammanflätade för att bilda en spiralstruktur, en dubbelhelix. För att duplicera sitt genetiska material måste cellen gå från en till två DNA-molekyler. Den här processen kallas DNA-replikation, och den börjar med att separera de två strängarna.

– Att studera DNA-replikation är en bra utgångspunkt för att potentiellt identifiera mål för framtida läkemedelsutveckling, säger Ignacio Mir-Sanchis, forskare vid Umeå universitet.

Proteinernas rörelse kan följas

För att separera de två strängarna har celler specialiserade proteiner som kallas helikaser.

En forskargrupp vid Umeå universitet har nu upptäckt hur helikaser interagerar och flyttar på DNA för att separera dess strängar.

Upptäckten möjliggjordes genom så kallad kryoelektronmikroskopi, som gör det möjligt för forskare att ta ögonblicksbilder av en enda molekyl. Genom att kombinera miljontals ögonblicksbilder kan de göra en film och se hur helikaserna rör sig.

– När vi analyserade våra ögonblicksbilder såg vi att helikaser flyttar olika delar, så kallade domäner, via två separata rörelser. Två domäner roterar och lutar mot varandra. Dessa rörelser ger oss ledtrådar om hur dessa helikaser rör sig på DNA och separerar de två trådarna, säger Cuncun Qiao, forskare vid Umeå universitet.

Processen studeras i stafylokock

Forskarna är intresserade av att förstå DNA-replikationen av Staphylococcus aureus, men har också studerat replikationen hos virus som infekterar bakterien, så kallade bakteriofager, och virala satelliter. Virala satelliter är virus som parasiterar på andra virus.

Staphylococcus aureus infekterar och dödar miljontals människor världen över och anses vara ett stort hot eftersom bakterien har blivit resistent mot nästan alla antibiotikaläkemedel.

Bättre förståelse av antibiotikaresistenta gener

Något överraskande fann forskarna att de gener som är inblandade i antibiotikaresistens ibland också förekommer i virala satelliter. Det gör arbetet ännu mer medicinskt relevant.

– Resultaten breddar vår förståelse för hur antibiotikaresistensgener sprids, även om det är värt att notera att de rörelser vi har identifierat här också har setts i helikaser som finns i eukaryota virus och även i mänskliga celler. Det är alltid förvånande hur viktiga mekanismer bevaras från bakteriofager till människor, säger Ignacio Mir-Sanchis.

Vetenskaplig studie:

Staphylococcal self-loading helicases couple the staircase mechanism with inter domain high flexibility, Nucleic Acids Research.

Kontakt:

Ignacio Mir-Sanchis, forskare vid Umeå universitet, ignacio.mir-sanchis@umu.se