Istraživači sa univerziteta Umea u Švedskoj otkrili su transporter koji neke bakterije koriste za recikliranje fragmenata svog ćelijskog zida. Otkrili su da transporter kontroliše otpornost na određene vrste antibiotika koji ciljaju ćelijski zid.
Transporter koji profesor Felipe Kava i dr. student Majkl Gilmor sa univerziteta Umea otkrio je da je od vitalnog značaja za integritet ćelijskog zida kod biljnog patogena Agrobacterium tumefaciens, pogodnog laboratorijskog modela nekih ljudskih patogena.
Bakterije su zatvorene zaštitnim egzoskeletom, ćelijskim zidom. Ćelijski zid je neophodan za bakterije jer određuje njihov oblik i omogućava im da se zaštite, a mnogi od naših najboljih antibiotika ciljaju na proteine koji grade i remodeliraju ovu strukturu. Kako bakterije rastu i dele se, one remodeliraju svoj ćelijski zid, što rezultira oslobađanjem fragmenata ćelijskog zida poznatih kao muropeptidi. Oslobođeni muropeptidi mogu da odu u životnu sredinu, gde mogu da imaju dalekosežan uticaj u interakcijama među vrstama, ili da se transportuju nazad u ćeliju radi recikliranja. Za recikliranje muropeptida, neke bakterije koriste membranski transporter koji se zove AmpG. Međutim, mnoge bakterije nemaju ovaj transporter, pa se ne zna kako i da li recikliraju svoj ćelijski zid.
Kada bakterije naiđu na antibiotik koji cilja na ćeliju, kao što je penicilin, oslobađa se višak muropeptida. Neke bakterije otkrivaju ovaj višak muropeptida tokom recikliranja i koriste to kao signal za proizvodnju enzima zvanih β-laktamaze koji razgrađuju antibiotik. Međutim, ne rade sve bakterije to, a reciklaža muropeptida nije dobro shvaćena.
„Zaista smo bili zainteresovani za proučavanje reciklaže ćelijskog zida jer je njegova svrha slabo shvaćena. Bakterija E. coli, na primer, proizvodi više proteina da bi reciklirala svoj ćelijski zid, ali blokiranje reciklaže nema uticaja na njenu sposobnost da napreduje. Da bismo bolje razumeli ovaj proces hteli smo da proučavamo alternativne bakterije koje rade drugačije“, kaže Majkl Gilmor, prvi autor studije.
Proučavajući bakteriju Agrobacterium tumefaciens, bakteriju koja izaziva bolest Crovn Gall u biljkama, istraživači su identifikovali novi transporter koji preuzima ulogu AmpG u ovoj i srodnim bakterijama. Skriningom gena koji su potrebni za rast kada je sinteza novog ćelijskog zida smanjena antibiotikom Fosfomicinom, otkrili su da je transporter koji pripada ATP-vezujućoj kaseti, porodici ABC, postao neophodan za preživljavanje bakterija. Kada su izbrisali transporter, otkrili su da su se muropeptidi akumulirali u medijumu za rast ćelija, dok muropeptidi nisu bili prisutni unutar ćelija. Novopronađeni transporter se zove IejBEF-IepA.
Kada su istraživači testirali otpornost mutanta transportera na β-laktamske antibiotike kao što je ampicilin, otkrili su da je postao izuzetno osetljiv. Kao što se očekivalo, ovo je odgovaralo smanjenju aktivnosti enzima β-laktamaze. Zanimljivo je, međutim, da je mutant transportera postao još osetljiviji na ampicilin od soja kome je potpuno nedostajala β-laktamaza, što znači da mora da se dešava više. Da bi ovo dalje istražili, istraživači su pokušali da naglase defektni soj za reciklažu tako što su ga uzgajali u medijumu sa niskim osmolarnošću gde podrška koju pruža ćelijski zid postaje veoma važna. Bakterije su rasle veoma slabo i pokazivale su otok i lizu, što znači da je integritet ćelijskog zida u velikoj meri smanjen.
„Ovaj transporter se pojavio na našem ekranu i predstavljao je idealnog kandidata za novi transporter muropeptida. Očekivali smo da ćemo videti pad rezistencije na antibiotike zbog niže ekspresije β-laktamaze, ali je iznenađujuće koliko su bakterije postale bolesne kada je obrisan transporter “, kaže Majkl Gilmor.
Detaljnije proučavajući hemiju ćelijskog zida, istraživači su otkrili da je debljina ćelijskog zida u mutantu transportera bila mnogo niža od normalne, što je odgovaralo sličnom smanjenju molekula prekursora ćelijskog zida. Takođe, ćelijski zid je bio manje umrežen od normalnog i više se oslanjao na neobičan tip enzima za umrežavanje. Oni su zaključili da gubitak recikliranog materijala ćelijskog zida mora biti glavni uzrok osetljivosti na antibiotike i defekta ćelijskog zida koji se vidi kod bakterija kojima nedostaje transporter.
Zanimljivo je da je transporter zapravo ranije prijavljivan kao važan za Sinorhizobium meliloti za formiranje biljne simbioze i za patogen Brucella melitensis kod sisara da se odupre antimikrobnim peptidima. Međutim, tek sada je otkrivena njegova funkcija kao transportera za reciklažu ćelijskog zida. Stoga bi mogao predstavljati obećavajuću metu za antibiotike ili adjuvanse u određenim ljudskim patogenima, ali je takođe relevantan za poljoprivredu bilo kod biljnih patogena ili simbionta.
„Čini se da je opšti transporter peptida IejBEF kooptiran da transportuje muropeptide evolucijom nove podjedinice, IepA. Zanimljivo je da je transporter prisutan u mnogim drugim bakterijama, uključujući ljudske patogene kao što su Brucella i Ochrobactrum, a ovaj rad je samo početak karakterizacije njegove potencijalne uloge u, na primer, infekciji“, zaključuje profesor Kava, viši autor studije.
