Cercetarea relevă o vulnerabilitate bacteriană în procesul de construcție a flagelului
Cercetările recente realizate de Universitatea Indiana au descoperit o vulnerabilitate necunoscută până acum în modul în care bacteriile își construiesc cozile asemănătoare unor bici, esențiale pentru mișcare.
Studiul, publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences, evidențiază o legătură surprinzătoare între modul în care bacteriile se deplasează și modul în care își mențin peretele celular, descoperiri ce ar putea ajuta la găsirea unor noi metode de combatere a infecțiilor bacteriene, într-o perioadă în care bacteriile rezistente la medicamente reprezintă o amenințare tot mai mare pentru sănătatea publică.
Lucrarea provine din laboratorul lui Daniel Kearns, profesor de biologie în cadrul Colegiului de Arte și Științe de la IU Bloomington, fiind co-conducă de cercetătorii Caroline Dunn și Kehinde Adebiyi. Experimentele s-au concentrat pe Bacillus subtilis, o bacterie de sol inofensivă, utilizată de mult timp ca model pentru studierea modului în care bacteriile construiesc structuri complexe, inclusiv cele utilizate de bacteriile patogene.
Numeroase bacterii patogene, inclusiv tulpini de E. coli, Salmonella și Listeria, depind de o coadă rotativă numită flagel pentru a înota prin fluidele din organism, a ajunge la țesuturi și a răspândi infecția. În procesul de construcție a acestei cozi, o bacterie trebuie să împingă o serie de componente prin propriul perete celular, o structură robustă, asemănătoare unei plasme, formată dintr-un material numit peptidoglican. Acest perete împiedică apa să pătrundă rapid, provocând ruperea celulei, și este, de asemenea, structura pe care multe antibiotice existente, inclusiv penicilina, sunt concepute să o atace.
Înțelegerea a ceea ce se întâmplă cu acest perete în timpul construcției flagelului îi ajută pe cercetători să descopere cum bacteriile gestionează provocările de a trece diverse structuri prin peretele celular. Aceasta ar putea dezvălui o nouă vulnerabilitate pe care viitoarele medicamente ar putea să o exploateze, oprind infecțiile înainte de a începe.
Cercetătorii au propus că bacteriile rezolvă această problemă datorită faptului că peretele celular nu este perfect uniform. Acesta conține în mod natural guri de diferite dimensiuni răspândite pe suprafața sa, iar componentele flagelului ar căuta guri suficient de largi pentru a se strecura prin ele. Dunn și Adebiyi și-au propus să testeze direct această teorie.
Ei au eliminat o proteină de construcție a peretelui celular numită PBP1, care ar putea repara în mod normal micile guri din perete, așteptându-se ca mai puține patch-uri să creeze găuri mai deschise în care flagelurile să se poată potrivi. Totuși, a avut loc un eveniment neașteptat. Fără PBP1, bacteriile au început să moară în număr mare, iar decesele s-au corelat direct cu construcția flagelului.
„Ne așteptam ca eliminarea PBP1 să facă asamblarea flagelului mai puțin reglementată, nu letală”, a afirmat Dunn. „Observând celulele începând să explodeze imediat ce flagelul a fost construit, ne-am dat seama că am descoperit ceva ce domeniul nu a observat până acum.”
Printr-o serie extinsă de experimente genetice, echipa a identificat cauza. Odată ce o parte a flagelului, numită cârlig, este finalizată, aceasta activează un comutator genetic în interiorul bacteriei, ce activează un set de enzime care descompun peretele celular al acesteia. O parte din descompunerea acelui perete ar putea ajuta flagelurile să se poziționeze și să se rotească corect, dar, de asemenea, creează daune pe care PBP1 se presupune că le repară. PBP1 repară daunele rapid, menținând peretele intact. Fără PBP1, însă, cercetătorii au descoperit că peretele se descompune mai repede decât poate bacteriile să se recupereze, iar aceasta se rupe și moare.
„Partea interesantă a acestei lucrări este că o structură pe care o considerăm de obicei doar în termeni de mișcare poate crea de fapt o vulnerabilitate în învelișul celular bacterian”, a declarat Adebiyi. „Descoperirile noastre arată că asamblarea flagelului și întreținerea peretelui celular sunt mult mai conectate decât apreciam anterior.”
Articolul subliniază cât de mult această descoperire reframează presupunerile anterioare despre flagel. Așa cum scriu cercetătorii, flagelurile „nu sunt considerate în mod normal ca având un impact asupra viabilității celulei, pot fi toxice” pentru celula care le construiește. Această cercetare oferă o amintire puternică a cât de multe rămân necunoscute despre procesele pe care oamenii de știință le-au studiat timp de generații.
Implicarea acestei descoperiri depășește o singură bacterie inofensivă din sol. Multe bacterii patogene construiesc structuri mari care trebuie să traverseze peretele celular într-un mod similar, inclusiv uneltele pe care unele bacterii le folosesc pentru a injecta toxine în celulele umane. Dacă aceste structuri poartă un risc ascuns similar pentru peretele celular bacterian, înțelegerea modului în care celulele gestionează acel risc ar putea ajuta în cele din urmă cercetătorii să dezvolte medicamente care să vizeze aceeași vulnerabilitate, perturbând capacitatea unei bacterii de a construi uneltele de care are nevoie pentru a se mișca, invada și răspândi. Descoperirea de acest tip este importantă într-o perioadă în care multe bacterii devin din ce în ce mai greu de tratat cu antibioticele existente.
