Proteiner är nyckeln när resistens mot antibiotika sprids mellan bakterier

– Resultaten bidrar till en djupare förståelse av systemet för hur arvsmassa transporteras från en bakterie till en annan. Detta är viktigt för att förstå hur bakterier kan sprida bland annat antibiotikaresistens. Förhoppningsvis kan denna forskning bli en liten pusselbit i arbetet med  att på sikt hitta läkemedel som kan hindra denna spridning, säger Annika Breidenstein, doktorand vid Institutionen för medicinsk kemi och biofysik.

Modern medicin bygger på tillgång till antibiotika som kan motverka infektionssjukdomar och möjliggöra operationer som transplantationer och många cancerbehandlingar. Utan effektiva antibiotika skulle man ofta få allvarliga, ibland livshotande, infektioner efter kirurgiska ingrepp.

Under de senaste årtiondena har fler och fler bakterier slutat reagera på antibiotika; de har blivit resistenta. Det beror på överanvändning av antibiotika, inte bara i hälsovården men också inom djuruppfödning, där friska djur får antibiotika för att förebygga sjukdomar i tätt packade miljöer. Förutom att utveckla antibiotikaresistens kan många bakterier också sprida denna resistens vidare till andra bakterier. Detta sker med hjälp av ett proteinmaskineri som kallas för typ IV sekretionssystem.

Annika Breidensteins avhandling fokuserar på dessa system. Eftersom det finns många olika typer av bakterier var den huvudsakliga frågan vad dessa olika sekretionssystem har gemensamt och på vilka sätt de skiljer sig åt.

Det mesta av bakteriers arvsmassa är packat i en lång, cirkulär DNA-molekyl. Typ IV sekretionssystem och antibiotikaresistens finns dock ofta på extra, mer rörligt DNA som kallas plasmider. En studie i avhandlingen handlar om hur plasmider förbereds inför transport till andra bakterier med typ IV sekretionssystem. För detta behövs ett protein som kallas relaxas, vilket binder till plasmiden. Röntgenstrålning användes för att ta fram en detaljerad bild av ett relaxas som binder DNA. Relaxaset binder bättre till DNA när det får hjälp av ett annat protein och det undersöktes också hur dessa två proteiner interagerar.

Vanligtvis består DNA, och därmed också plasmider, av två strängar. Relaxaset binder dock bara till en av strängarna, och det är endast denna som transporteras till nästa bakterie. Annika och den forskargrupp hon ingår i misstänkte att ett protein som kallas för PrgE är viktigt för denna process, då de trodde att det binder just detta enkelsträngade DNA. Därför tog de fram bilder också av detta protein, som visade exakt hur proteinet binder till DNA. Det visade sig dock att PrgE binder till både enkel- och dubbelsträngat DNA. Slutsatsen var att PrgE inte har den förväntade funktionen och är inte direkt inblandat i DNA-transporten.

Frågan återstod vad alla typ IV sekretionssystem har gemensamt. För att svara på detta använde forskarna nya bioinformatiska metoder, som delvis använder artificiell intelligens. Med hjälp av en databas de skapade för ändamålet, kunde de identifiera vilka proteiner som överlag ser likadana ut i alla kända typ IV sekretionssystem. Med hjälp av denna kunskap och artificiell intelligens byggdes en modell av hur ett typ IV sekretionssystem skulle kunna se ut. Med hjälp av detta blir det möjligt att bättre förstå de sekretionssystem som man i dagsläget inte vet så mycket om, men som vi vet är viktiga i sjukhusinfektioner.

Annika Breidenstein är uppvuxen i Tyskland och gjorde sin masterexamen i infektionsbiologi vid Uppsala universitet.