Antibiotična rezistenca E. coli

Mednarodna skupina raziskovalcev je ponovno stopila korak bližje 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.

Spodaj: Transmembranska domena v treh različnih stanjih.

Že 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 šibko poveže, v naslednjem koraku je močneje vezan v notranjosti črpalke, v tretji fazi pa preko proteina stisnjen skozi in sproščen 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 podvržena 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 računalniških simulacij so nato znanstveniki ameriškega inštituta 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 prenašajo 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.