Antibiotična rezistenca E. coli
(16.12.2014) Multirezistentne bakterije predstavljajo globalno gronjo za človeko zdravstvo. Ena izmed reitev se skriva v razvozlanju kompleksnih obrambnih mehanizmov bakterij na molekularni ravni.
Mednarodna skupina raziskovalcev je ponovno stopila korak blije razkritju antibiotične rezistence pri črevesni bakteriji Escherichia coli. E. coli ima v svoji dvojni celični membrani črpalko, ki vsiljene toksične substance, kot so na primer antibiotiki, ponovno izčrpa navzven. Črpalka, imenovana AcrB protein, je sestavljena iz dveh področij.
Zgoraj: AcrB črpalka, s pomočjo katere bakterije E. coli vsiljene antibiotike (zeleni) izloči iz celice. Glavni sestavni del za ta mehanizem je iz protonov (H+). Ob tem se energija, sproščena iz transmembranske domene (obkrožena črno), preko dveh vijačnic (rdeča) prenese na domeno za transportiranje antibiotika
Spodaj: Transmembranska domena v treh različnih stanjih.
e pred nekaj leti je delovna skupina, ki jo vodi biokemik prof. Martin Pos z Goethe Univerze, razjasnila delovanje črpalke na domeni med dvema membranama v periplazmi. Deluje po enakem principu, kot črevesna peristaltika oziroma peristaltična črpalka. Gre za trifazni cikel, ki odgovarja trem raznolikim konformacijam proteinske črpalke, pojasni Martin Pos. Najprej je antibiotik prepoznan in se ibko povee, v naslednjem koraku je močneje vezan v notranjosti črpalke, v tretji fazi pa preko proteina stisnjen skozi in spročen navzven. Sedaj pa je skupina strokovnjakov na novo razjasnila tudi vlogo transmembranske domene. Nahaja se v notranji membrani gramsko negativne celice E. coli in dobavlja energijo za transport antibiotika. Tudi ta domena je med transportom podvrena trifaznemu ciklu.
Gorivo za AcrB črpalko so protoni, ki so sprejeti v celico preko transmembranske domene. Celotno delovanje in potek tega postopka je raziskovalna skupina pojasnjevala z analiziranjem tridimenzionalne strukture več različic AcrB črpalke z uporabljanjem rentgenske analize struktur. S pomočjo računalnikih simulacij so nato znanstveniki amerikega intituta NIH (National Institute of Health), ki jih je vodil dr. José Faraldo-Gómez, vizualizirali celoten mehanizem. Martin Pos komentira: Proteinski transport inducira gibanje podobno cilindru batnega motorja. In kljub dejstvu, da se transmembranska domena nahaja dokaj oddaljeno od domene, ki molekulo antibiotika transportira navzven izgleda, kot da sta izmenična cikla obeh domen tesno povezana.
Dognanja bodo morda omogočale nove pristope v boju proti multirezistentnim bakterijam. AcrB je model proteina, ki je zelo podomen proteinom drugih multirezistentnih patogenih bakterij, kot je na primer Acinetobacter baumannii. Tudi pri človeku so dokazani sorodni proteini, ki morda delujejo na principu podobnih mehanizmov. Z razliko, da ti ne prenaajo antibiotikov, temveč igrajo pomembno vlogo v reguliranju vsebnosti holesterola v celicah ali pri embrionalnem razvoju, poudarja Pos pomembnost dognanj za nova raziskovalna področja.
Publikacija:
Eicher, T., Seeger, M. A.., Anselmi, C., Zhou, W., Brandstätter, L., Verrey, F., Diederichs, K., Faraldo-Gómez, J. D.*, Pos, K. M.* (2014) Coupling of remote alternating-access transport mechanisms for protons and substrates in the multidrug efflux pump AcrB. eLife 3:e03145.
http://elifesciences.org/content/3/e03145