Microscopia Cryo-EM dezvăluie structura bacteriilor asociate cu boala gingiilor
Boala parodontală este una dintre cele mai frecvente afecțiuni la nivel mondial, fiind cauzată de bacteria Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis). În Japonia, aproximativ 80% dintre adulții cu vârsta de peste 30 de ani sunt afectați sau considerați a fi în risc.
Un studiu publicat în Communications Biology, realizat de Institutul de Știință și Tehnologie Okinawa (OIST), Universitatea Tottori, Universitatea Hiroshima și Universitatea Nagasaki, oferă noi perspective asupra modului în care această bacterie contribuie la formarea plăcii dentare. Folosind microscopie cryo-electronică (cryo-EM), cercetătorii au dezvăluit structura 3D a pili Mfa, un filament asemănător cu un braț care permite bacteriilor să adere la țesuturile gazdei și la alte microorganisme.
Dr. Satoshi Shibata, autor principal al studiului și fost cercetător în cadrul Unității de Microscopie Cryo-Electron Moleculară a OIST, afirmă: „Prin înțelegerea modului în care P. gingivalis se atașează de țesuturile gazdei, stabilește infecția și participă la formarea biofilmelor, putem informa dezvoltarea unor strategii terapeutice viitoare. Informațiile noastre structurale detaliate pot servi ca un model pentru proiectarea medicamentelor care să blocheze atașamentul și infecția.”
P. gingivalis folosește două tipuri diferite de filamente (pili) pentru a se atașa de gazde sau de alte microorganisme: Fim și Mfa. Ambele sunt compuse din multiple subunități de proteine care se unesc pentru a forma structuri lungi, asemănătoare unor brațe, și pot adera la diferite tipuri de bacterii și la țesuturi umane. În Mfa, majoritatea acestor subunități sunt proteine Mfa1.
Cercetătorii au fost interesați de structura și funcția acestor filamente, descriind anterior structura FimA, un component cheie al pili Fim. Cu această nouă publicație, ei oferă o imagine mai completă, elucidând structura lanțurilor Mfa1 esențiale pentru pili Mfa și descriind modul în care acestea se asamblează și se leagă de alte bacterii.
Pentru a înțelege formarea filamentelor, cercetătorii au polimerizat proteina Mfa1 in vitro și au analizat-o prin cryo-EM, determinând structura la o rezoluție aproape atomică de 3,0 Å.
Prin modificarea proteinelor, echipa a explorat rolul și importanța anumitor site-uri în asamblarea filamentelor. Aceștia au demonstrat cum proteinele Mfa se unesc printr-un proces numit schimb de fire, care depinde de interacțiunile dintr-o regiune specifică a proteinei (C-terminus) pentru stabilitatea structurală.
Cartografierea cryo-EM a relevat ioni de metal în filamentul Mfa, care, prin analize suplimentare, au fost identificați ca fiind calciu. „Testele noastre sugerează că această legare de calciu poate ajuta bacteria să evite recunoașterea de către sistemul imunitar”, subliniază Shibata.
Utilizând simulări pe computer, cercetătorii au reușit să vizualizeze interacțiunea filamentelor Mfa cu Streptococcus gordonii, o altă bacterie care se leagă frecvent de P. gingivalis în plăcile dentare. Prin identificarea modului în care aceste bacterii interacționează, oamenii de știință pot identifica mai ușor compuși care să blocheze aceste interacțiuni, inhibând astfel formarea plăcii dentare.
Pe lângă boala gingivală, P. gingivalis a fost implicată în o varietate largă de afecțiuni, inclusiv pneumonie, diabet, boala Alzheimer, artrită reumatoidă, accident vascular cerebral, boli cardiovasculare și rezultate adverse în sarcină. Prin furnizarea de informații structurale detaliate, cercetătorii speră să ajute la dezvoltarea unor tratamente pentru bolile asociate cu P. gingivalis.
