Ny studie avslöjar bakteriell överlevnadsstrategi

När bakterier tar sig in i människokroppen reagerar immunförsvaret med en rad åtgärder. Till exempel kan oxiderande förhållanden skapas lokalt, där så kallade reaktiva syreradikaler bildas i cellerna. Dessa syreradikaler reagerar kemiskt med – och kan skada – bakteriers proteiner och DNA.

Bakteriernas försvar när de möter förändringar i miljön, såsom oxidativ stress, är att bilda flercelliga strukturer som kallas biofilmer.  För att bakteriecellerna ska hålla ihop i en biofilm tillverkar och utsöndrar de exopolysackarider, vilket är stora, klibbiga molekyler som bildar en skyddande hinna runt cellerna. På så sätt ökar motståndskraften mot stressfaktorer i den omgivande miljön.

Modifierar protein för att hantera miljöutmaningar

I bakterier kontrolleras bildningen av biofilm av ett flertal mekanismer, där en involverar tyrosinkinaser, proteiner som fosforylerar (binder in en fosfatgrupp till) viktiga nyckelenzymer i syntesen och transporten av exoploysackarider.

– Min grupp har arbetat med proteinfosforylering i bakterier i mer än två decennier, och vårt intresse ligger i att förstå hur bakterier använder den proteinmodifieringen för att hantera utmaningar i den omgivande miljön. I vår studie såg vi hur en modellbakterie, Bacillus subtilis, modifierar sin protein-tyrosinfosforylering för att överleva oxidativ stress, säger Ivan Mijakovic, professor i systembiologi på Chalmers, och studiens forskningsledare.

Mer motståndskraftig biofilm

Allt börjar med enzymet DefA, som är mycket känsligt för reaktiva syreredikaler och inaktiveras när det oxideras. Den inaktiva formen av enzymet interagerar med ett viktigt tyrosinkinas, PtkA, i Bacillus subtilis och hämmar det. Då minskar PtkAs aktivitet, vilket i sin tur leder till en förändring i de exopolysackarider som bildas. Förändringen gör biofilmerna mer fysiskt robusta och mer motståndskraftiga mot oxidativ stress.

– Det är viktigt med en detaljerad förståelse av den molekylära mekanismen som leder till att protein-tyrosinkinaser hämmas. Molekylära mekanismer av det slaget är vanligtvis evolutionärt bevarade, så det vi upptäckte i vår modellbakterie B.subtilis kommer sannolikt att gälla för många andra bakterier, inklusive patogener, det vill säga sjukdomsalstrande bakterier, säger Ivan Mijakovic.

Varför är detta forskningsområde viktigt och hur kan man gå vidare med resultaten?

– Vi har presenterat detta resultat på en internationell konferens om post-translationella modifieringar i bakterier och många forskare som arbetar med patogena bakterier var intresserade. De kommer nu att undersöka om denna mekanism finns i deras patogena bakteriestammar. Oxidativ stress är avgörande för patogenicitet, och detta skulle kunna leda till nya sätt att bekämpa infektioner. I min grupp kommer vi dock att fortsätta driva och öka vetenskapligt kunnande på grundnivå med hjälp av vår B. subtilis-modell, säger Ivan Mijakovic.  

Mer om studien

• Läs studien i PNAS: Connection between protein-tyrosine kinase and coping with oxidative stress in Bacillus subtilis
• Ivan Mijakovics forskargrupp