Achillova pata bakterií – bez klíčového proteinu se množí pomalu

Vědci z CEITEC Masarykovy univerzity spolu s kolegy z USA zjistili, že bakterie mají zásadní slabinu: bez proteinu RimM se při nedostatku živin nebo po stresu obnovují jen velmi pomalu. Klíčovou roli v jejich opětovném množení hraje správné sestavení ribozomů – buněčných továren na bílkoviny. Zjištění otevírá novou možnost, jak bakteriím narušit schopnost znovu se začít dělit, což může medicíně v budoucnu pomoci lépe bojovat s infekcemi.

Každá bakterie má jednu zásadní schopnost – když se dostane do nepříznivých podmínek, dokáže se utlumit a nepříznivé období přečkat. Jakmile se podmínky zlepší, rychle znovu nastartuje svou aktivitu. A právě v tom vědci z CEITEC Masarykovy univerzity objevili Achillovu patu bakterií.

Vědecký tým se zaměřil na bakterii Escherichia coli a zjistil, že bez proteinu RimM se její buňky po stresu zotavují výrazně hůř. Obnova jejich buněčného dělení je v takovém případě pomalá, protože protein RimM se podílí na sestavování ribozomů – struktur nezbytných pro tvorbu bílkovin klíčových pro život buňky. Bez něj se bakterie po stresové zátěži množí mnohem pomaleji.

CEITEC/Demo Lab: Achillova pata bakterií – bez klíčového proteinu se množí pomalu: Kryo-EM mikrograf ribozomálních částic rozptýlených v tenké vrstvě amorfního ledu.

Vědci pomocí kryo-elektronové mikroskopie sledovali, jak se ribozomy bez proteinu RimM chovají. Ukázalo se, že se skládají pomalu a chaoticky – především v místě, které je klíčové pro přesné čtení genetické informace – a buňka je proto držena v jakémsi „čekacím módu“. „Zjistili jsme, že protein RimM je pro bakterie mnohem důležitější, než se dosud myslelo,“ říká první autor Ahmed H. Hassan. „Pokud chybí, bakteriální buňka se velmi obtížně vrací k normální činnosti, protože ribozomy dozrávají jen pomalu.“

CEITEC: Achillova pata bakterií – bez klíčového proteinu se množí pomalu: Ahmed H. Hassan.

Výzkum také odhalil, že bakterie v této situaci aktivují ochranný mechanismus, který brání předčasnému spojení nedokončených částí ribozomu – aktivují se další proteiny, které celý proces raději zpomalí, aby zabránily vzniku vadných ribozomů. Bakterie se tak sice nakonec vzpamatuje, ale mnohem později, než je běžné. Právě tuto slabinu, kdy bakterie bez RimM fungují ve zpomaleném režimu, lze do budoucna využít pro nové léčebné postupy v boji proti bakteriálním infekcím.

Protein RimM je běžný u bakterií, ale nevyskytuje se u člověka, což je pro vývoj léčiv, jako jsou například antibiotika, velká výhoda. Pokud vědci vyvinou lék, který by tento protein zablokoval, zasáhne pouze bakterie, ne lidské buňky. „Takové léčivo by mohlo bakteriím výrazně ztížit zotavení po stresu způsobeném právě antibiotiky, a tím omezit jejich další šíření, aniž by mělo vedlejší účinky pro pacienta,“ vysvětluje vedoucí výzkumu Gabriel Demo širší význam výsledků.

CEITEC/Martin Indruch: Achillova pata bakterií – bez klíčového proteinu se množí pomalu: Gabriel Demo.

Studie, na které spolupracovali také vědci z Thomas Jefferson University, Columbia University a University of California Riverside, byla publikována v časopise Nature Communications.

CEITEC/Ahmed H. Hassan: Achillova pata bakterií – bez klíčového proteinu se množí pomalu: Model sestavování ribozomu s objevenými faktory (červeně a modře), které podporují jeho vznik v nepřítomnosti RimM.