Utforskande om de molekylära mekanismer som styr bakteriell virulens

Projektbeskrivning

Bakteriella patogener har blivit alltmer resistenta mot vanlig antibiotika, och i vissa fall finns det inga kvarvarande förstahandsalternativ för behandling. Det betyder att en tidigare ofarlig infektion eller ett enkelt kirurgiskt ingrepp kan få dödlig utgång. Till exempel finns det stammar av bakterien Mycobacterium tuberculosis – som orsakar tuberkulos – som är resistenta mot alla typer av kända antibiotika. De flesta av de antibiotikum som används i dag verkar genom att döda bakterierna, vilket medför ett starkt selektionstryck för de mutationer som gör dem resistenta. Det finns nu rapporter som visar att uppkomsten av resistens sker så snabbt att potentiellt nya antibiotikum inte hinner ut på marknaden innan de genererat resistens. För två år sedan förklarade FN antimikrobiell resistens för att vara en av våra största hot mot global hälsa. Att enbart fokusera på att hitta nya antibiotika är inte längre en hållbar strategi – det krävs ett helt nytt utbud av antibakteriella medel.

Mot denna bakgrund är läkemedel riktade mot bakteriers virulens ett attraktivt alternativ. Genom att rikta framtagna substanser mot virulens – istället för att döda bakterierna – så avväpnar man dessa så att de inte längre kan orsaka allvarliga infektioner. Tanken här är att om substanserna inte dödar bakterien så utövar de heller inte något starkt selektionstryck på bakterien att utveckla resistens. Ytterligare en fördel är att vår normala tarmflora inte påverkas av läkemedel riktade mot patogena bakteriers virulens.

Virulens beskriver i korthet en bakteries förmåga att framkalla sjukdom hos en värdcell. För att kunna göra detta har bakterier utvecklat system så att de kan hitta sina målceller och undgå värdorganismens försvarssystem. Genom dessa system kan bakterier känna av förändringar i sin miljö som talar om när det är rätt tidpunkt för infektion och tillväxt. Dessa förändringar kan till exempel vara skillnader i pH, temperatur, salthalt och koncentration av andra molekyler. Kan dessutom bakterien bilda egna toxin så förstärks virulensen ytterligare. 

I samarbete med Professor Jörgen Johanssons och Fredrik Almqvists forskningsgrupper utför vi grundläggande och tillämpad forskning om de molekylära mekanismer som styr bakteriell virulens. Vårt mål är att utveckla nya, småmolekylära terapier för att bekämpa bakterieinfektioner men utan att döda bakterien. Som modellsystem används Listeria monocytogenes (L.m.), en grampositiv bakterie som kan orsaka allvarlig sjukdom, främst hos personer med nedsatt immunförsvar, äldre personer och gravida. Vår forskning är fokuserad på en transkriptionsfaktor i L.m., kallad PrfA, som fungerar som huvudregulator för virulensgenuttryck och som spelar en central roll vid omvandlingen av L.m. från en harmlös saprofyt till en human patogen bakterie. Vi har tidigare identifierat en specifik klass av molekyler, så kallade 2-pyridoner som består av två sammansatta ringsystem, som kan dämpa den sjukdomsframkallande förmågan hos L.m. Syftet med vårt projekt är att utveckla dessa substanser vidare mot fungerande läkemedel.

Med hjälp av röntgenkristallografi vill vi studera hur nya modifierade substansanaloger binder till PrfA vilket kommer att kunna möjliggöra för oss att utveckla och förbättra dessa ytterligare. Substansernas effekt på PrfA kommer också att utvärderas både in vitro och in vivo med etablerade biokemiska och biologiska analysmetoder. Genom att studera hur olika faktorer i cellmiljön, såsom pH, redox- och oxidativ stress, temperatur samt förekomsten av naturliga peptider, styr PrfA–regleringen, kommer vi även att generera ny förståelse för de molekylära mekanismer som ligger till grund för virulensaktiveringen i L.m. Struktur–funktionsstudier på hur PrfA aktiviteten regleras i sina olika miljöer – utanför och inne i värdcellen – kommer att bidra med värdefull kunskap för design av inhiberande molekyler. PrfA tillhör en stor familj av transkriptionsfaktorer med namnet Crp–Fnr inom vilken många faktorer är involverade i virulens. Det finns därför stora möjligheter att vår forskning på hur aktiviteten hos PrfA regleras i L.m. leder till kunskap som kan appliceras på andra patogener.