Bakterier som kolera kan være afgørende i udviklingen af ny antibiotika

I tusinder af år har den meget smitsomme sygdom kolera været en af de mest frygtede infektioner i verden. Og med god grund. Dødeligheden var høj.

I dag findes der heldigvis effektive behandlinger som antibiotika og væske, som øger overlevelsesraten markant. Men antibiotikaresistensen i verden er stigende, og det kan gøre behandlingsmulighederne færre i fremtiden.

Derfor er ny viden og forskning, der kan give nye mål for antibiotika, afgørende. Og det er præcis, hvad en ny undersøgelse fra Københavns Universitet, i samarbejde med forskere fra andre universiteter, bidrager til. I undersøgelsen undersøger forskere en bakterie kaldet Vibrio alginolyticus, som ligner kolera-bakterien, der også er en Vibrio-bakterie.

"Vibrio-bakterierne bruger energien fra en såkaldt sodium-ion-gradient i deres indre cellemembran til at bevæge sig. Nu forstår vi bedre, hvorfor de bruger sodium-ioner," siger Nicholas Taylor, som er en af forfatterne bag den nye artikel. Han er lektor ved Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research.

Han forklarer, at bakterier bevæger sig rundt ved hjælp af en såkaldt flagellum, en slags fimrehår på bakterien, som roterer og driver bakterien. Det flagellum eller fimrehår drives af en endnu mindre roterende motor kaldet PomAB, som styrer rotationen af flagellums motor. Gennem undersøgelsen forstår de bedre, hvordan flagellums bevægelse bliver drevet.

Det er vigtigt at forstå, hvordan bakterier bevæger sig, fordi de har evnen til at flytte sig fra steder, hvor de har svært ved at overleve, til steder, hvor de kan trives og formere sig. Ved at forstå deres bevægelse kan forskere også opdage nye måder at bekæmpe dem på.

"Det er et tilgængeligt mål, fordi det er et sted, hvor lægemidler i princippet kan trænge relativt nemt ind," siger Nicholas Taylor.

Rekonstruerede, frosne proteiner

Ved at dyrke celler i laboratoriet og opbevare og undersøge prøver ved meget lave temperaturer har forskerne produceret en rekonstrueret version af PomAB-motor-proteinkomplekset fra Vibrio-bakterierne, som de undersøger i studiet.

"Vi fremstiller en stor mængde af det ønskede protein, renser det og fryser prøven meget hurtigt, så molekylerne er omgivet af is, der minder om glas. Derefter placerer vi det i elektronmikroskopet, og ved at tage billeder af det, kan vi rekonstruere, hvordan molekylet ser ud," siger postdoc Haidai Hu, også bag den nye undersøgelse. Han tilføjer:

"Det er det, vi er interesserede i, for nu har vi noget, der mindre om et kort, og ud fra det kan vi bygge en atommodel af vores protein."

Flagella roterer, og når de roterer, får de bakterien til at bevæge sig. Men det kræver energi at rotere, og det er den del, som Nicholas Taylor og hans kolleger nu ved meget mere om.

"Flagellum drejer og driver bakterien, men der skal noget til at levere energi. Fordi alle bakterier har denne energifyldte indre membran, har de andre proteiner, der skaber en såkaldt iongradient. Du kan tænke på det som en måde at gemme energi på, så det kan bruges til andre ting. Et slags batteri. Så bakterierne sætter en masse ioner på den ene side af membranen, og når disse ioner naturligt strømmer gennem den lille PomAB-motor, tillader de PomA at rotere rundt om PomB. Fordi PomB er forankret i cellevæggen, og PomA kan gribe fat i den store motor, flagellarmotoren, kan det få flagellum til at rotere," siger Nicholas Taylor.

Muligvis et nyt mål for antibiotika

Forskningen er grundforskning, som skal gøre os klogere på, hvad der driver bakterier i naturen eller i kroppen. Dog danner forskningen også grobund for yderligere studier og bidrager til at give os indblik i, hvad det ville kræve at udvikle eksempelvis antibiotika, og det kan være afgørende for fortsat at kunne bekæmpe sygdomme som kolera.

"Der er mere og mere antibiotikaresistens, og der bliver udviklet færre og færre antibiotika. De seneste årtier er der kommet meget få nye antibiotika på markedet. Og hvis der kommer nye typer, behandler de ofte også de samme processer i cellerne, der allerede er dækket af en masse eksisterende antibiotika," siger Nicholas Taylor og tilføjer:

"Så generelt er det godt at have nye antibiotika, der angriber forskellige cellulære mekanismer, især hvis mekanismerne er vigtige for smitsomheden."

Artiklen 'Ion selectivity and rotor coupling of the Vibrio flagellar sodium-driven stator unit' er publiceret i Nature Communications.

Kontakt:

Lektor Nicholas Taylor
nicholas.taylor@cpr.ku.dk
+45 35 33 53 37

Postdoc Haidai Hu
haidai.hu@cpr.ku.dk
+45 35 32 15 03

Journalist og pressekonsulent Sascha Kael Rasmussen
sascha.kael.rasmussen@sund.ku.dk
+45 93 56 51 68