Białko chroniące bakterię Salmonella enterica przed infekcjami bakteriofagami odkrył polsko-amerykański zespół naukowców. Wyniki ich badań, które można wykorzystać do optymalizacji terapii fagowej, opisało czasopismo „Nature”.
Bakteria Salmonella enterica infekuje ponad 15 mln osób rocznie. Jest też groźna dla zwierząt. Tematem wirulencji oraz molekularnych mechanizmów odpowiedzialnych za jej przeżycie zajmuje się od wielu lat dr Grzegorz Grabe z Zakładu Biologii Strukturalnej Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego. W ubiegłym roku otrzymał EMBO Installation Grants.
Salmonella jest patogenem wewnątrzkomórkowym, który manipuluje komórkami gospodarza i namnaża się w nich za pomocą różnych mechanizmów wirulencji. Komórki Salmonella przeżywają odpowiedź immunologiczną, wrodzoną odporność komórkową gospodarza, a często i ekspozycję na antybiotyki. Interesuje mnie poznanie mechanizmów molekularnych, które wyewoluowały w tej bakterii, umożliwiając jej manipulację gospodarza oraz przeżycie w konfrontacji z jego systemami obronnymi oraz antybiotykami. To o tyle istotne, że służba zdrowia coraz częściej zmaga się z infekcjami spowodowanymi antybiotykoopornymi szczepami bakteryjnymi – tłumaczył nam wtedy naukowiec.
We współpracy z z zespołem prof. Sophie Helaine z Harvard Medical School w USA opisał właśnie system obronny HepS, chroniący bakterię przed infekcjami bakteriofagami (wirusami zakażającymi bakterie).
Co szczególnie interesujące, gen kodujący białko HepS znajduje się w obrębie profaga Gifsy-1 – zintegrowanego, uśpionego bakteriofaga, który stanowi integralną część genomu bakterii Salmonella enterica – wyjaśnia.
HepS działa jak system alarmowy: wykrywa atak obcego wirusa i niszczy kluczowe cząsteczki tRNA w zainfekowanej komórce, co uniemożliwia rozprzestrzenianie się atakującego wirusa i chroni populację bakterii oraz zawartego w niej profaga. Dzięki temu sprytnemu mechanizmowi zarówno bakteria, jak i jej profag mogą przetrwać i rozprzestrzeniać się w środowisku. Najprościej mówiąc, białko HepS działa jak „alarm zniszczenia” i prowadzi do eliminacji jednej komórki w myśl zasady: „lepiej spalić jeden dom, żeby uratować całe miasto”.
Chodzi o tzw. zakażenie poronne (ang. abortive infection). Bakteriofag wnika do bakterii, ale zostaje szybko wykryty. W odpowiedzi bakteria „popełnia samobójstwo”, dzięki czemu wirus nie może się w niej namnażać i nie zakaża kolejnych komórek. W tym przypadku wykrycie wirusa umożliwia białko HepS. Tworzy ono tetramery (czterocząsteczkowe kompleksy), które wiążą się z wirusowym białkiem J. Po związaniu HepS ulega aktywacji i tnie bakteryjne tRNA – cząsteczki niezbędne do produkcji białek. W efekcie komórka przestaje wytwarzać białka i „zamiera”, a wirus nie jest w stanie jej wykorzystać – tłumaczy dr Grabe.
I dodaje, że uzyskaną właśnie wiedzę można wykorzystać do optymalizacji terapii fagowej, coraz istotniejszej alternatywy wobec rosnącej oporności bakterii na antybiotyki. Ponadto poznanie mechanizmu działania białka HepS otwiera możliwość opracowania nowej strategii terapeutycznej.
HepS po aktywacji staje się toksyczne dla komórki bakteryjnej. Dzięki temu możliwe jest zaprojektowanie peptydów mimetycznych, które naśladowałyby wirusowe białko J i sztucznie aktywowałyby HepS, prowadząc do zahamowania wzrostu lub śmierci bakterii patogennych posiadających ten system obronny – informuje naukowiec.
Białko HepS odkryto podczas badania mechanizmów obronnych bakterii zapewnianych przez profaga Gifsy-1. Wcześniej scharakteryzowano już jeden system obronny kodowany przez tego profaga – system RemAIN. Usunięcie samego RemAIN nie powodowało jednak tak dużego wzrostu podatności bakterii na infekcję bakteriofagiem, jak usunięcie całego profaga Gifsy-1 z genomu. Znacznie większa wrażliwość bakterii Salmonella na infekcję bakteriofagową po delecji Gifsy-1 wskazywała, że profag ten musi kodować dodatkowy, niezależny element obronny. Tak właśnie zidentyfikowano białko HepS.
Wyniki badań polsko-amerykańskiego zespołu ukazały się w „Nature”.
MK, źródło: UG