Vedvarende bakterier Hvordan stafylokokker kommer inn i organismen

Vanlige patogener: hvordan staphylokokker akkumuleres i kroppen

Tyske forskere har dechifisert den fysiske mekanismen som et felles patogen binder seg til sitt målmolekyl i menneskekroppen. De nye funnene er avgjørende for å kontrollere slike bakterier.

Fysikklover

Bakterier har utviklet sofistikerte strategier for å etablere og formere seg i sine verter. Rollen i fysikkloven er vist av en studie publisert i tidsskriftet "Science". Undersøkelsesgruppen har studert eksempel stafylokokker med det ekstraordinære persisten mekaniske bindings bakterier benytte proteiner til målmolekylene i dens vert. Forskerne har lykkes i å identifisere den fysiske mekanisme ved hjelp av hvilken patogen fester seg til sin målmolekyl. I tillegg representerer de prosessen i enestående detaljnøyaktighet.

Forskere var i stand til å dechifisere den fysiske mekanismen som et felles patogen binder seg til sitt mål i menneskekroppen. De nye funnene kan bidra til utviklingen av nye terapier. (Bilde: Alexander Raths / fotolia.com)

Staphylococci er årsaken til mange smittsomme sykdommer

"Staphylococci er årsaken til mange smittsomme sykdommer hos mennesker og dyr. De kan forårsake både matbåren forgiftning og smittsomme sykdommer, "forklarer Federal Institute for Risk Assessment (BfR) på nettsiden sin.

"De forårsaker ofte purulente sårinfeksjoner og andre purulente infeksjoner hos mennesker." For eksempel er bakteriene ofte ansvarlige for betennelse i nesen.

Staphylococci kan også føre til det såkalte giftige sjokkssyndromet.

Helseeksperter er spesielt opptatt av multidrugresistente stammer, for eksempel meticillinresistent Staphylococcus aureus (MRSA), som ofte er resistente mot antibiotika.

Innsikt som ikke var mulig før

Som en del av denne studien har Lukas Milles og professor Hermann Gaub fra Avdeling for fysikk ved Ludwig-Maximilians-universitetet (benpareenhet) i samarbeid med University of Illinois (USA) forskere de fysiske kreftene mellom et adhesjonsprotein fra et patogen og dens human målmolekyl Målt ved enkeltmolekylet in vitro ved hjelp av skanningskraftmikroskopi.

I tillegg har de beregnet samspillet mellom alle atomer som er involvert i en spesielt kraftig supercomputer, står det i en uttalelse.

"Dette paradigmeskiftet gir innsikt som ikke var mulig før," sier Gaub. For eksempel på supercomputer Blue Waters i Illinois, en av verdens sterkeste datamaskiner med 900.000 prosessorer, ble parallelle molekylære dynamikk simuleringer kjørt for å dekode det komplekse samspillet.

Kraften som patogenet binder seg til målmolekylet, overrasket forskerne: "Den mekaniske bindingsstyrken til et enkelt reseptor-ligandkompleks nådde en kraft på mer enn to nanoneewtons. Dette er en eksepsjonell stabilitet sammenlignes med styrken av kovalente bindinger mellom atomer, de sterkeste molekylære krefter som vi kjenner til, "forklarer Gaub.

Bakterier bruker en uvanlig mekanisme

Studien viser at bakteriens adhesjonsprotein, takket være dets geometri, innbefatter målmolekylet i et hydrogenbindingsnettverk som domineres av peptidrammen i stedet for ved sidekjedene.

Under kraften av utallige små lokale samspill, blir disse bindingene stivnet til kooperativ skjærgeometri, som det underliggende fysiske prinsippet kalles.

"Denne geometrien kan tåle ekstreme krefter fordi alle obligasjoner må brytes parallelt for å skille målet," sier Milles.

En forenklet analogi er to velcro strips som er vanskelig å skille når de trekkes fra motsatte ender.

"Bakterien bruker en uvanlig mekanisme, men det er veldig sofistikert og gir det avgjørende fordeler," sa Gaub.

Siden mekanismen er fokusert på peptid-ryggraden, som er lik for hvert protein, kan den høye stabiliteten oppnås for et bredt spekter av målpeptider.

Dermed er systemets ekstreme fysiske styrke i stor grad uavhengig av målets sekvens og biokjemiske egenskaper.

Grunnlag for utvikling av nye terapier

"Sykdomsbakterier holder seg til målmolekylene til vertene sine med eksepsjonell mekanisk utholdenhet," forklarer Gaub.

"Å forstå de fysiske mekanismene som ligger til grund for denne stædige adhesjonen på molekylivå, er avgjørende for å bekjempe slike inntrengere," sa eksperten.

Dermed lagde studien grunnlaget for utviklingen av nye terapier for infeksjoner med stafylokokker. (Ad)