Infektionsforskare vid Umeå universitet har upptäckt att kolerabakterien kan producera ett toxin som anses vara särskilt viktigt för bakterien i dess naturliga miljöer och för att överleva i konkurrens med andra organismer. Kunskap om toxinet innebär att det finns ytterligare ett verktyg som kan användas i kampen mot kolera och liknade sjukdomar. Studien publiceras i PNAS.

Kolerabakterien, Vibrio cholerae, ger upphov till infektionssjukdomen kolera, vilken orsakar mycket allvarlig vattnig diarré och är särskilt vanlig i låginkomstområden där det ofta är ett endemiskt problem. Bakterierna är vanliga i bräckt vatten, men de kan också hittas i sötvatten- och saltvattenekosystem över hela världen. Kolerabakterien är en mycket rörlig organism på grund av sin enda flagell, en slags roterande piska som driver den framåt.

I ett första steg identifierade forskarna proteinet MakA vilket utsöndras från kolerabakterien genom dess flagell. Ytterligare molekylärgenetisk karakterisering av arvsmassan i kolerabakterien visade att MakA uttrycks tillsammans med ytterligare två proteiner, MakB och MakE, som också utsöndras via bakteriens flagell.

Trio av proteiner blir toxiskt

Inget av dessa Mak-proteiner ensamma eller i parvisa kombinationer var toxiska, men blandades MakA, MakB och MakE i lika stora mängder, bildades ett trekomponenttoxin in vitro som kunde förstöra röda blodkroppar och verka toxiskt på odlade humana celler.

Genom biokemiska analyser och strukturell karakterisering med röntgenkristallografi avslöjade forskarteamet också ett strukturellt samband mellan MakA-, MakB- och MakE-proteinerna och en superfamilj av membranporbildande proteintoxiner. Denna upptäckt ger en strukturell grund för att förstå den toxiska aktiviteten hos det tredelade Mak-proteinkomplexet.

– De tre proteinerna har verkligen en smart design. Proteinerna produceras i en kompakt form där en stor hydrofob del är gömd eftersom proteinet är ”ihopvikt”. När proteinerna på ett sekventiellt sätt kommer i kontakt med ett målcellsmembran startar en stor konformationsförändring. Proteinerna vecklas ut, den hydrofoba delen exponeras och kan penetrera det hydrofoba membranet och de tre proteinerna samlas till ett porkomplex, säger Karina Persson, universitetslektor på Kemiska institutionen och anknuten till Umeå Center for Mikrobial Research, UCMR, vid Umeå universitet.

Bioinformatikanalyser avslöjade att generna som kodar för Mak-proteinerna återfinns som ett rörligt genetiskt element hos de allra flesta sekvenserade arvsmassorna i kolerabakterier. Intressant nog finns mak-generna också i fiskpatogenen Vibrio anguillarum.

Flagellen har viktig roll

Forskarna visar också att bakteriensflagell hjälper till med den faktiska frisättningen av toxinet på ett sätt som inte tidigare varit känt för kolerabakterien.

– Utsöndring genom flagellen säkerställer att Mak-proteinerna kan levereras i rätt ordning och i rätt mängd till mottagarcellen. Det visar också på en ny roll för kolerabakteriens flagell som har särskild betydelse för bakteriens överlevnad i naturliga miljöer, säger Sun Nyunt Wai, professor på Institutionen för molekylärbiologi och anknuten till Molecular Infection Medicin Sweden, MIMS, vid Umeå universitet.

Sun Nyunt Wai och Karina Persson tror att resultaten av denna studie kommer att bana väg för att mak-gener och proteiner kan utforskas som nya potentiella mål för ny diagnostik och terapeutiska strategier som är mycket efterfrågade för olika Vibrionaceae, det vill säga patogener som orsakar sjukdom i både människor och fiskar.

Experimenten utfördes med masken Caenorhabditis elegans som modellorganism (för predatorer som konsumerar bakterier) och in vitro odlade däggdjurscellmodeller.

Forskningen har utförts i samarbete med flera UCMR-anslutna forskargrupper som bidragit med sina olika kompetenser. Projektet har haft stor nytta av stöd från lokala och nationella forskningsinfrastrukturer: Protein Expertise Platform (PEP), Biochemical Imaging Centre Umeå (BICU), Umeå Core Facility for Electron Microscopy (UCEM) och National Microscopy Infrastructure (NMI). Forskningen har finansierats med anslag från Vetenskapsrådet, Cancerfonden och Kempestiftelserna.

Pressbilder. Foto: Mattias Pettersson

Om den vetenskapliga publikationen:

Aftab Nadeem, Raghavendra Nagampalli, Eric Toh, Athar Alam, Si Lhyam Myint, Thomas V. Heidler, Mitesh Dongre, Nikola Zlatkov, Hudson Pace, Fouzia Bano, Anders Sjöstedt, Marta Bally, Bernt Eric Uhlin, Sun Nyunt Wai och Karina Persson: A tripartite cytolytic toxin formed by Vibrio cholerae proteins with flagellum-facilitated secretion.(2021) PNAS, 10.1073/pnas.2111418118

https://www.pnas.org/content/118/47/e2111418118

För mer information, kontakta gärna:

Karina Persson, Kemiska institutionen och Umeå Center for Mikrobial Research, UCMR, vid Umeå universitet
Telefon: 070-269 72 84
E-post: karina.persson@umu.se

Sun Nyunt Wai, Institutionen för molekylärbiologi och Molecular Infection Medicin Sweden, MIMS, vid Umeå universitet
Telefon: 070-509 94 30
E-post: sun.nyunt.wai@umu.se

Umeå universitet
Umeå universitet
är ett av Sveriges största lärosäten med drygt 36 000 studenter och 4 000 anställda. Här finns en mångfald av utbildningar av hög kvalitet och världsledande forskning inom flera vetenskapsområden. Umeå universitet är också platsen för den banbrytande upptäckten av gensaxen CRISPR-Cas9 – en revolution inom gentekniken som tilldelats Nobelpriset i kemi.

Vid Umeå universitet är allt nära. Våra sammanhållna campus gör det lätt att mötas, samarbeta och utbyta kunskap, något som gynnar en dynamisk och öppen kultur där vi gläds åt varandras framgångar.

Presskontakt:

Presstjänsten

Telefon:

090-786 50 89

Mobil:

0706-100 805