Upptäckt om bakteriers cellväggar kan leda till nya antibiotika

Bakteriella cellväggar bildar nätlika strukturer som skyddar cellerna från att spricka under högt inre tryck och som skyddar mot yttre hot. Cellväggen består av socker- och aminosyremolekyler som är sammanlänkade med olika typer av tvärbindningar. Dessa tvärbindningar spelar en avgörande roll för att ge styrka och stabilitet åt cellväggen samtidigt som de möjliggör att bakterierna kan anpassa sig till olika miljöer och påfrestningar.

I en banbrytande studie som nyligen publicerats i den ansedda tidskriften Nature Communications har forskare från Umeå universitet och internationella institutioner avslöjat en ny familj av enzymer som är ansvariga för att generera en unik tvärbindning mellan L-alanin och meso-diaminopimelinsyra. Dessa aminosyror är integrerade komponenter i peptidkedjorna som utgör cellväggen hos många bakteriearter. Denna enzymfamilj, som kallas LD1,3-transpeptidas, har identifierats i olika grupper av alfa- och beta-proteobakterier, inklusive opportunistiska patogener som Burkholderia och Achromobacter.

Forskarna använde Gluconobacter oxydans, en modellorganism som används vid vinägerproduktion, för att identifiera det nya enzymet LD1,3-transpeptidas och för att klarlägga dess tredimensionella struktur. De har visat att detta enzym besitter unika egenskaper som skiljer det från andra kända enzymer som är involverade i tvärbindning av cellväggen. Dessa karakteristiska egenskaper möjliggör att enzymet kan använda olika substrat och utföra olika reaktioner, vilket är avgörande för att bibehålla cellväggens integritet. Specifikt indikerar deras resultat att celler som saknar dessa tvärbindningar uppvisar ökad känslighet för β-laktamantibiotika, vilket understryker potentialen hos LD1,3-transpeptidaser som lovande mål för terapeutiska interventioner, särskilt de som syftar till att förbättra antibiotikans effektivitet.

Huvudansvarig för studien är Felipe Cava, professor i infektionsbiologi vid Umeå universitet och direktör för Umeå Hypoxiska Forskningsanläggning. Med omfattande expertis inom forskning om bakteriella cellväggar och dess implikationer för bakteriers överlevnad och sjukdomsutveckling har professor Cava varit ledande i undersökningar inom detta område under en betydande tid.

– Bakteriella cellväggar utgör en av de mest anmärkningsvärda strukturerna, men mycket återstår att upptäcka om deras mångfald och dynamik. Genom identifiering och karakterisering av nya enzymfamiljer som LD1,3-transpeptidas utökar vi inte bara vår förståelse för bakteriell biologi utan upptäcker också nya mål för att utveckla antibiotika mot infektionssjukdomar, säger Felipe Cava.

Felipe Cava, professor vid Institutionen för molekylärbiologi. Foto: Mattias Pettersson

Studien finansierades av bland annat Vetenskapsrådet, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse samt Kempestiftelserna.
Felipe Cava är professor i infektionsbiologi, Institutionen för molekylärbiologi, Umeå universitet och affiliaterad gruppledare vid Laboratory for Molecular Infection Medicine Sweden (MIMS), Umeå Centre for Microbial Research (UCMR) och Integrated Science Lab (Icelab) samt SciLifeLab.