Bakteriofager är virus som angriper bakterier, inklusive sjukdomsframkallande smittämnen. Bakterierna har dock utvecklat försvarsstrategier för att skydda sig mot virusangreppen. För att kunna använda bakteriofager i terapier mot antibiotikaresistenta bakteriella infektioner, är det centralt att förstå hur bakteriens försvar mot bakteriofager fungerar. Nu har ett internationellt forskarteam upptäckt en tidigare okänd försvarsmekanism och kartlagt hur bakteriofagangrepp utlöser den.

Bakom studien, som är publicerad i Nature, står forskare vid Massachusetts Institute of Technology, Université libre de Bruxelles och Lunds universitet.

Bakteriofag (eller fag) betyder ”bakterieätare” på grekiska. De finns överallt och är en viktig del av vår ekologi. Genom att fästa på ytan och injicera sitt DNA tar sig bakteriofagen in i bakterien. Bakterien programmeras då om till att massproducera kopior av fagen. Slutligen sprängs bakterien och de nya fagkopiorna kan sprida sig och infektera fler bakterier.

Behandla med bakteriofager

Antibiotikaresistens har blivit ett globalt hot och det behövs nya alternativ för att få bukt med bakteriella infektioner där antibiotika inte längre fungerar. Fagterapi går ut på att behandla patienter med bakteriofager. Metoden har stor klinisk potential men bakterierna har i sin tur utvecklat olika sofistikerade strategier för att försvara sig mot bakteriofagerna. Bakterien verkar känna igen karaktäristiska triggers hos bakteriofagerna, som gör att försvarssystemet utlöses.

Nu har forskarteamet lyckats identifiera proteinet CapRelSJ46 som ett viktigt vapen i bakteriens försvar mot bakteriofager. När produktionen av nya fagpartiklar har påbörjats i en infekterad bakterie, känner den av proteinet som formar bakteriofagens skal. Då sätter proteinet igång ett självmordsförsvarssystem.

– CapRelSJ46 består av två delar. Den ena funkar som toxin och den andra funkar som antitoxin vilken neutraliserar toxinet. Antitoxinet är det som upprätthåller ”normalläget” i bakterien och håller toxinet i schack. Men när bakterien känner av det okända främmande fagproteinet, aktiveras toxinet vilket gör att bakterien stänger ner och helt altruistiskt begår självmord, för att inte riskera att andra bakterier drabbas, säger Vasili Hauryliuk, lektor vid Lunds universitet.

Att förstå det bakteriella immunsystemet och hur bakterier slår tillbaka, är grundläggande för att kunna designa bakteriofagterapier.

Begränsar virusinfektion

– Upptäckten av det proteinutlösande fagförsvaret är spännande av flera anledningar. Det är inte bara att vi upptäckt en specifik molekylär mekanism som gör att bakterien känner igen viruset och begränsar virusinfektionen, utan det finns en möjlighet att det vi upptäckt är en generell modell som kan appliceras på andra typer av antifagförsvar, säger Tatsuaki Kurata, postdoc vid Lunds universitet och medförfattare i studien.

I princip kan man också använda det nyupptäckta mekanismen till att sätta igång självmordssystem artificiellt och lura bakteriella patogener att stänga ner sig själv utan att vara angripen av bakteriofager.

– Med hjälp av artificiell intelligens skulle man kunna skräddarsy proteiner som kan utlösa självmordssystemet på samma sätt som fagproteiner. Forskningsfältet med bakteriofager är verkligen oerhört intressant avslutar Gemma Atkinson, forskare vid Lunds universitet och medförfattare i studien.

Publikation
Direct activation of a bacterial innate immune system by a viral capsid protein
Nature, 16 november 2022, doi.org/10.1038/s41586-022-05444-z

För mer information om studien, kontakta: Vasili Hauryliuk, lektor vid Lunds universitet, tel: 0706090493, epost: vasili.hauryliuk@med.lu.se

Presskontakt:
Katrin Ståhl
Medicinska fakulteten
Lunds universitet
046 222 01 31, 072 527 97 97
katrin.stahl@med.lu.se