Persistente bacteriën Hoe stafylokokken het organisme binnenkomen

Gemeenschappelijke ziekteverwekkers: hoe stafylokokken zich ophopen in het lichaam

Duitse onderzoekers hebben het fysieke mechanisme ontcijferd waarmee een gemeenschappelijk pathogeen zich bindt aan zijn doelmolecuul in het menselijk lichaam. De nieuwe bevindingen zijn cruciaal voor het beheersen van dergelijke bacteriën.

Wetten van de natuurkunde

Bacteriën hebben geavanceerde strategieën ontwikkeld om zich in hun gastheren te vestigen en te vermenigvuldigen. De rol die de wetten van de natuurkunde spelen, wordt aangetoond door een studie gepubliceerd in het tijdschrift "Science". Met behulp van het voorbeeld van stafylokokken heeft het onderzoeksteam de buitengewone mechanische persistentie van bacteriën bij het binden van eiwitten aan de doelmoleculen van hun gastheer onderzocht. De wetenschappers zijn erin geslaagd het fysieke mechanisme te ontcijferen waarmee het pathogeen zich aan zijn doelmolecuul hecht. Bovendien vertegenwoordigen ze het proces in ongekende detailnauwkeurigheid.

Onderzoekers waren in staat om het fysieke mechanisme te ontcijferen waarmee een gemeenschappelijk pathogeen zich bindt aan zijn doelwit in het menselijk lichaam. De nieuwe bevindingen zouden kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe therapieën. (Afbeelding: Alexander Raths / fotolia.com)

Stafylokokken zijn de oorzaak van vele infectieziekten

"Stafylokokken zijn de oorzaak van vele infectieziekten bij mens en dier. Ze kunnen zowel voedselvergiftiging als infectieziekten veroorzaken, "legt het Federaal Instituut voor Risicobeoordeling (BfR) uit op zijn website.

"Ze veroorzaken vaak etterende wondinfecties en andere etterende infecties bij de mens." De bacteriën zijn bijvoorbeeld vaak verantwoordelijk voor een ontsteking in de neus.

Stafylokokken kunnen ook leiden tot het zogenaamde toxische shocksyndroom.

Gezondheidsexperts maken zich vooral zorgen over de multiresistente stammen, zoals methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA), die vaak resistent zijn tegen antibiotica.

Inzichten die voorheen niet mogelijk waren

Als onderdeel van de huidige studie hebben Lukas Milles en Professor Hermann Gaub van de Faculteit Natuurkunde aan de Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) in samenwerking met de Universiteit van Illinois (USA) onderzoekers de fysieke krachten tussen een adhesie-eiwit van een pathogeen en zijn menselijke doelmolecule gemeten op de enkel molecuul in vitro door middel van atomaire kracht microscopie.

Bovendien hebben ze de interactie berekend van alle atomen die betrokken zijn bij een bijzonder krachtige supercomputer, staat in een verklaring.

"Deze paradigmaverschuiving biedt inzichten die voorheen niet mogelijk waren", zegt Gaub. Op de supercomputer Blue Waters in Illinois, een van 's werelds sterkste computers met 900.000 processors, werden parallelle moleculaire dynamica-simulaties uitgevoerd om het complexe samenspel te decoderen.

De kracht waarmee het pathogeen bindt aan het doelwitmolecuul, werden de onderzoekers verrast "de mechanische verbindingssterkte van een receptor-ligandcomplex bereikte een kracht van ongeveer twee nano-Newton. Dit is een uitzonderlijke stabiliteit die vergelijkbaar is met de sterkte van de covalente bindingen tussen atomen, de sterkste moleculaire krachten die we weten, "legt Gaub.

Bacterium maakt gebruik van een ongebruikelijk mechanisme

De studie toont aan dat de adhesie-eiwit van de bacterie sluit dankzij de geometrie, het doelwitmolecuul in een waterstofbinding netwerk dat meer gedomineerd door de peptide ruggengraat vanaf de zijketens.

Onder de kracht van ontelbare kleine lokale interacties worden deze banden verstijfd tot coöperatieve afschuifgeometrie, omdat het onderliggende fysieke principe wordt genoemd.

"Deze geometrie is bestand tegen extreme krachten omdat alle bindingen parallel moeten worden doorbroken om het doelwit te scheiden", zegt Milles.

Een vereenvoudigde analogie zijn twee klittenbandstroken die moeilijk van elkaar te scheiden zijn wanneer ze van tegenovergestelde uiteinden worden getrokken.

"De bacterie gebruikt een ongewoon mechanisme, maar het is zeer geavanceerd en geeft het beslissende voordelen", zei Gaub.

Aangezien het mechanisme is gericht op de peptideskelet, die voor elk eiwit vergelijkbaar is, kan de hoge stabiliteit worden bereikt voor een breed spectrum van doelwitpeptiden..

De extreme fysieke sterkte van het systeem is dus grotendeels onafhankelijk van de sequentie en biochemische eigenschappen van het doelwit.

Stichtingen voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën

"Zieke bacteriën hechten zich aan de doelmoleculen van hun gastheren met uitzonderlijke mechanische persistentie", legt Gaub uit.

"Het begrijpen van de fysieke mechanismen die ten grondslag liggen aan deze koppige adhesie op moleculair niveau is van cruciaal belang om dergelijke indringers te bestrijden," zei de expert.

Aldus legde de studie de basis voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën voor infecties met stafylokokken. (Ad)