Brusselse onderzoekers vinden zwakke plek bij bacteriën op WHO’s lijst van zorgwekkende ziekteverwekkers
In een baanbrekende ontdekking hebben wetenschappers van VIB-VUB Center voor Structurele Biologie de mysteries van SlyB ontrafeld, een klein maar krachtig eiwit dat wordt gevonden in de buitenste membraan van bepaalde bacteriën. Als bacteriën stress ondervinden, speelt SlyB een cruciale rol als beschermer van de bacteriële cel en behoedt ze voor afsterving. De ontdekking verdiept niet alleen ons begrip van de overlevingsmechanismen van bacteriën, maar opent ook de deur voor mogelijke toepassingen in antimicrobieel onderzoek. De bevindingen, die onder leiding van Professor Han Remaut werden gerealiseerd, zijn gepubliceerd in Nature.
Bacteriën op de WHO-zwarte lijst
Biologen categoriseren bacteriën in twee grote groepen: Gram-positieve bacteriën, gekenmerkt door een enkele membraan, en Gram-negatieve bacteriën, gekenmerkt door een binnen- en buitenmembraan. Het is dat tweede membraan dat het behandelen van Gram-negatieve bacteriën extra moeilijk maakt. Het buitenmembraan vormt een essentiële beschermende laag die cellen afschermt van omgevingsstress zoals antimicrobiële peptiden en antibiotica. De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) heeft een top 10-lijst van de meest zorgwekkende pathogenen opgesteld. Niet verrassend wordt die lijst voornamelijk bevolkt door Gram-negatieve bacteriën. Wetenschappers zoeken al langer naar zwakke plekken in die dubbelwandige bacteriën. Een team van Belgische onderzoekers aan het VIB-VUB Center voor Structurele Biologie zorgt nu voor een doorbraak.
Stressomstandigheden in het membraan
Hoewel het buitenmembraan een beschermend schild vormt voor de bacteriën, is het niet onfeilbaar. Onder aanval van externe stressfactoren zoals antimicrobiële peptiden klonteren de fosfolipiden in de buitenmembraan samen als olievlekken op het oppervlak van de bacterie. Dergelijke verzwakte zones lopen het risico te barsten onder de waterdruk in de cellen, resulterend in het uitlekken van de celinhoud met de dood van bacteriën als gevolg. Dat proces heet lysis in het wetenschappelijke jargon.
SlyB: de bacteriële reddingsboei
Hier komt SlyB op het toneel, een eiwit met een nog niet eerder gekende functie. Wanneer cellen de membraan-verzwakkende stress waarnemen, komt SlyB in actie. Het eiwit verplaatst zich naar de lekkende fosfolipiden en vormt daar ringvormige nanodisc-structuren vergelijkbaar met een reddingsboei. De SlyB-nanodiscs omhullen de eiwitten in de aangetaste zones van de buitenmembraan. Die SlyB-activiteit beschermt de eiwitten en versterkt de zwakkere zones van de buitenmembraan, waardoor overmatig verlies van essentiële eiwitten wordt voorkomen en de overleving van de bacteriën wordt verzekerd. Zonder SlyB verzwakt het membraan en sterven de bacteriën af door lysis. "Met onze ontdekking hebben we diepgaand inzicht gekregen in hoe Gram-negatieve bacteriën zich beschermen tegen omstandigheden die het membraan destabiliseren" zegt Arne Janssens, PhD student aan VIB-VUB Center voor Structurele Biologie.
Toekomstige toepassingen
De studie leidt niet alleen tot fundamentele inzichten in een nieuwe familie van nanodisc-vormende eiwitten, maar levert ook innovatieve instrumenten op om de bacteriën te bestrijden. De Belgische onderzoekers zetten al de volgende stappen in hun onderzoek om de unieke eigenschappen van SlyB in ons voordeel te gebruiken. De bacteriële membraaneiwitten in de nanodiscs worden opgezuiverd en gebruikt in vaccins om het immuunsysteem te stimuleren. Zo kan het lichaam de inkomende bedreigingen beter herkennen. De ontdekking biedt ook perspectieven voor de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen die voorkomen dat Gram-negatieve bacteriën de nanodisc vormen, waardoor ze niet meer in staat zijn zich te verweren. "Door ons te richten op die nanodisc, proberen we de beschermingsstrategie van de bacteriën om te zetten in hun Achilleshiel," zegt Prof. Han Remaut, groepsleider aan het VIB-VUB Center voor Structurele Biologie. "Op die manier proberen we nieuwe methoden te ontwikkelen om Gram-negatieve bacteriën te bestrijden en uiteindelijk de lijst van zorgwekkende pathogenen van de WHO drastisch in te korten."
De studie kwam er in samenwerking met wetenschappers van het Vlaams Instituut voor Biotechnologie (VIB), de VUB, UGent, UCL Louvain-La-Neuve, en Colorado School of Mines (USA). Ze verscheen in het wetenschappelijk tijdschrift Nature onder de titel SlyB encapsulates outer membrane proteins in stress-induced lipid nanodomains
Meer info:
Han Remaut +32 499 70 80 50
SlyB encapsulates outer membrane proteins in stress-induced lipid nanodomains
