NMBU-forskere med gjennombrudd i forståelsen av bakteriell celledeling

Antibiotika er molekyler som hindrer bakterier i å dele seg, og som brukes til å behandle infeksjonssykdommer fremkalt av bakterier. Ulike typer antibiotika angriper bakteriene på ulike måter. Én av disse er å hindre bakterier i å lage ny cellevegg når de deler seg. Men hvordan lager bakteriene ny cellevegg og hvorfor blir de resistente mot antibiotika?

Øker forståelsen om resistens

I artikkelen som i dag publiseres i PNAS, har NMBU-forskerne greid å vise frem hittil ukjente sider av prosessen med opprettelsen av ny cellevegg hos bakterier når de deler seg, såkalt celleveggsyntese. Publikasjonen er et resultat av langsiktig og målrettet forskning på grunnleggende biologiske prinsipper hos bakterier.

- Denne kunnskapen er ekstremt viktig for å forstå hvordan bakterier blir resistente mot penicillin, og vil gi oss nye idéer om hvordan vi bedre kan utnytte eksisterende antibiotika, sier Daniel Straume. Han er én av forfatterne av PNAS-artikkelen, og forsker på antibiotikaresistens ved NMBU.

Ny kunnskap om celleveggens utvikling hos bakterier

En bakterie består av én enkelt celle, og formerer seg ved å dele seg i to. Når bakterier deler seg, involverer oppbygningen av ny cellevegg en rekke proteiner. Blant disse er de såkalte penicillin-bindende proteinene (PBP-er). Det er disse som hemmes av penicillin, den mest brukte antibiotikatypen i Norge i dag, som slik hindrer bakteriene i å formere seg.   

Aktiviteten til de ulike PBP-ene krever ekstremt nøyaktig regulering og koordinering i både tid og sted. Nøyaktig hvordan bakteriene regulerer PBP-ene er fortsatt lite kjent. I PNAS-artikkelen har forskerne greid å vise at nylaget cellevegg går gjennom en modningsprosess. Denne modningsprosessen skjer ved hjelp av en egen gruppe PBP-er kalt «klasse-A PBP-er».

Første gang funksjonen er påvist

Ettersom celleveggsyntese er essensielt for de fleste bakterier, er det svært vanskelig å manipulere proteinene som medvirker i prosessen uten at cellene dør. Dette gjør forskningsfeltet svært utfordrende.

Nøkkelen til oppdagelsen fra NMBU-forskerne var å utnytte et enzym kalt CbpD. Enzymet produseres av Streptococcus pneumoniae, en bakterietype i gruppen streptokokker. En unik egenskap ved CbpD er at det lager kutt i celleveggen til S. pneumoniae, men bare i den nylagde delen.

Ved å spesifikt blokkere aktiviteten til PBP-enzymet som lager ny cellevegg, så man at cellene gradvis ble resistente mot CbpD. Den nye celleveggen ble altså omgjort fra CbpD-sensitiv til CbpD-resistent. Prosessen var helt avhengig av aktiviteten til klasse-A PBPer.

- Selv om PBP-er har vært studert i årtier, er dette første gang det er påvist en spesifikk funksjon for klasse-A PBP-er og at disse enzymene er autonome. Det vil si, i motsetning til tidligere hypoteser, at disse PBP-ene virker uavhengig av andre enzymer, forklarer Straume.