Persistenta bakterier Hur stafylokocker går in i organismen

Vanliga patogener: hur staphylokocker ackumuleras i kroppen

Tyska forskare har dechiffrerat den fysiska mekanismen genom vilken en vanlig patogen binder till sin målmolekyl i människokroppen. De nya resultaten är avgörande för att kontrollera sådana bakterier.

Fysikens lagar

Bakterier har utvecklat sofistikerade strategier för att etablera och multiplicera i sina värdar. Den roll som fysikens lagar spelar fram framgår av en studie som publiceras i tidskriften "Science". Forskarlaget har studerat exemplet med stafylokocker med vad extra uthållighet mekaniska binder bakterier använda proteiner till målmolekylerna av dess värd. Forskarna har lyckats avkoda den fysiska mekanismen genom vilken patogen fäster till sin målmolekyl. Dessutom representerar de processen i oöverträffad detaljnoggrannhet.

Forskare kunde dechiffrera den fysiska mekanismen genom vilken en vanlig patogen binder till sitt mål i människokroppen. De nya resultaten kan bidra till utvecklingen av nya terapier. (Bild: Alexander Raths / fotolia.com)

Staphylococci är orsaken till många infektionssjukdomar

"Staphylococci är orsaken till många infektionssjukdomar hos människor och djur. De kan orsaka både livsmedelsburna förgiftningar och infektionssjukdomar ", förklarar Federal Institute for Risk Assessment (BfR) på webbplatsen.

"De orsakar ofta purulenta sårinfektioner och andra purulenta infektioner hos människor." Till exempel är bakterierna ofta ansvariga för inflammation i näsan.

Staphylococci kan också leda till det så kallade toxic shock syndromet.

Hälsoexperter är särskilt oroade över de multidrugsresistenta stammarna, såsom meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA), som ofta är resistenta mot antibiotika.

Insikter som inte var möjliga förut

Som en del av den aktuella studien har Lukas Milles och professor Hermann Gaub från fakulteten för fysik vid Ludwig-Maximilians Universitetet (LMU) i samarbete med University of Illinois (USA) forskare de fysiska krafterna mellan ett vidhäftningsprotein av en patogen och dess mänskliga målmolekyl Mätt vid den enkla molekylen in vitro medelst avsökningskraftmikroskopi.

Dessutom har de beräknat interaktionen mellan alla atomer som är involverade i en särskilt kraftfull superdator, står det i ett uttalande.

"Detta paradigmskifte ger insikter som inte var möjliga förut," säger Gaub. Så en av världens mest kraftfulla dator med 900.000 processorer på superdator Blue Waters i Illinois, rinnande parallella molekyldynamiksimuleringar för att dechiffrera det komplexa samspelet.

Den kraft med vilken patogenen binder till dess målmolekyl, var forskarna överraskade: "Den mekaniska bindningsstyrkan av en enda receptor-ligandkomplex nått en kraft av ungefär två nano Newton. Detta är en exceptionell stabilitet jämförbar med styrkan av kovalenta bindningar mellan atomer, de starkaste molekylära krafter som vi känner till ", förklarar Gaub.

Bakterier använder en ovanlig mekanism

Studien visar att vidhäftningen proteinet av bakterien bäddar in tack vare dess geometri, målmolekylen i en vätebindningsnätverk som mer domineras av peptidhuvudkedjan som av sidokedjorna.

Under kraften av otaliga små lokala interaktioner förstärks dessa bindningar i kooperativ skjuvgeometri, som den underliggande fysiska principen kallas.

"Denna geometri kan motstå extrema krafter eftersom alla obligationer måste brytas parallellt för att skilja målet, säger Milles.

En förenklad analogi är två kardborreband som är svåra att skilja när de dras från motsatta ändar.

"Bakterien använder en ovanlig mekanism, men det är mycket sofistikerat och ger det avgörande fördelar", sa Gaub.

Eftersom mekanismen är inriktad på peptidskelettet, vilket är lika för varje protein, kan den höga stabiliteten uppnås för ett brett spektrum av målpeptider.

Således är systemets extrema fysiska styrka i stor utsträckning oberoende av målets sekvens och biokemiska egenskaper.

Grundar för utveckling av nya terapier

"Sjuka bakterier håller sig till målmolekylerna hos sina värdar med exceptionell mekanisk uthållighet," förklarar Gaub.

"Att förstå de fysiska mekanismer som ligger till grund för denna envisa vidhäftning på molekylär nivå är avgörande för att bekämpa sådana inkräktare", säger experten.

Studien lagde således grunden för utvecklingen av nya terapier för infektioner med stafylokocker. (Ad)