Det pågår ett ständigt krig mellan bakterier och deras virus, bakteriofager, där båda försöker överlista varandra. I en internationell studie som letts från Lunds universitet, har forskarna nu lyckats förstå grunderna i hur en av bakteriernas försvarsystem mot fagattackerna fungerar. Det är en viktig pusselbit för att få fram effektiva fagterapier som alternativ till antibiotika.

Bakteriofager – ofta förkortade till fager – är virus som angriper bakterier. Eftersom dom är effektiva på att döda bakterier, används fager för att behandla bakterieinfektioner. Forskningen om bakteriofager är ett av de äldsta fälten inom molekylärbiologin, men när antibiotika upptäcktes föll fagforskningen lite i glömska. Under senare år har dock det växande behovet av att bekämpa antibiotikaresistens lett till att fagforskningen är mer aktuell än någonsin

– Bakteriofager är effektiva precisionsverktyg när man vill bekämpa en viss infektion. Medan antibiotika ofta slår ut alla bakterier, är bakteriofager väldigt kräsna och specialiserar sig på en viss typ av bakterier. Det kluriga är bara att hitta rätt fag till rätt bakteriell patogen, säger Vasili Hauryliuk, lektor i medicinsk biokemi vid Lunds universitet.

Men precis som att bakterierna använder resistensfaktorer för att besegra antibiotika, använder de också försvarssystem för att vinna över bakteriofagerna. Det mest kända är det Nobelprisvinnande CRISPR, men det finns många fler. Tillsammans utgör de bakteriernas antivirala immunsystem.

Bakterierna försvarssystem

– För att kunna utveckla nya fagterapier, behöver vi därför förstå hur bakteriernas immunsystem fungerar och vilka motåtgärder som de tar till för att bekämpa virus.

Ett sådant försvarssystem är det nyligen upptäckta TAC-systemet (Toxin-Antitoxin-Chaperone). Ett internationellt konsortium lett av Vasili Hauryliuk och Gemma Atkinson, forskare vid Lunds universitet, har nu avslöjat hur systemet känner av faginfektionen och hur bakterien besegrar det invaderande viruset.

– Systemet består av tre proteiner som bakterien producerar: toxin (T), antitoxin (A) och chaperon (C). Antitoxinet är mycket effektivt på att oskadliggöra toxinet, men antitoxinet är instabilt och bryts snabbt ned om det inte skyddas av chaperonet, säger Gemma Atkinson.

Potenta molekylära verktyg

När bakterien attackeras av fagen, fäster chaperonet på virusets protein istället för på antitoxinet, vilket innebär att antitoxinet bryts ned och toxinet frigörs. Bakterien blir förgiftad och kan inte producera fler fagpartiklar. Detta stoppar spridningen av faginfektionen i den bakteriella populationen. Chaperonet är alltså ett nyckelprotein i bakteriens immunförsvar när det gäller att upptäcka bakteriofager.

– Både människans immunsystem och det bakteriella immunsystemet är ett oerhört potenta molekylära verktyg, eftersom de kan lära sig att känna igen olika patogener och sedan programmeras för att utföra specificka åtgärder. CRISPR- och antikroppsteknologi är bra exempel, men det finns många fler. Vi vill nu fortsätta att undersöka TAC-systemet och se hur vi kan reprogrammera det till att känna igen specifika proteiner för att i förlängningen kontrollera bakteriernas immunsystem, avslutar Vasili Hauryliuk.

Länk till vetenskaplig publikation: ”Mechanism of phage sensing and restriction by toxin-antitoxin-chaperone systems”

 

Text: ÅSA HANSDOTTER

Artikeln är  tidigare publicerad som nyhet från Lunds universitet