Hibernerende ribosomer hjælper bakterier med at overleve

I den anden af ​​to højprofilerede artikler offentliggjort i de seneste uger, Saint Louis University videnskabsmand Mee-Ngan F. Yap, Ph.D., i samarbejde med laboratorierne for 2009 Nobelpristager i kemi Ada Yonath ved Weizmann Institute of Science og Alexey Amunts ved Stockholm Universitet, beskrive i Naturkommunikation nye oplysninger om strukturen af Staphylococcus aureus (eller Staph) dvale 100S ribosomer, afsløre hemmeligheder om, hvordan de slukker for proteinbiosyntese for at spare energi og overleve under stressende forhold.

Ribosomer oversætter genetisk kode til proteiner. Imidlertid, proteinsyntese bruger meget energi, og under stressede forhold, såsom begrænset adgang til næringsstoffer, antibiotikastress eller værtskolonisering, nogle celler kan undertrykke translationsprocessen for at spare energi og hjælpe med at overleve. I bakterier, ribosomer gør dette ved at skifte til en inaktiv form kaldet hibernerende 100S ribosom.

100S-komplekset - sammenkoblede tvillinger af 70S-komplekser - blev først identificeret i bakterier for over 50 år siden. Staphs fætter, Escherichia coli (E. coli) bakterier, har en tendens til at danne den inaktive 100S-struktur, når ernæringsressourcerne er knappe og vender tilbage til den aktive 70S-struktur inden for få minutter efter, at friske næringskilder dukker op. Gram-positive bakterier som Staph, på den anden side, indeholder 100S strukturer konstant, selv når der er rigeligt med næringsstoffer.

Jep, som er assisterende professor i biokemi og molekylærbiologi ved Saint Louis University, siger, at forskellen mellem den måde, de to bakterier går i dvale på, er uventet og antyder, at Staph og andre gram-positive bakterier danner deres dvale, 100S komplekser på en artsspecifik måde.

"I E. coli, to proteinfaktorer, RMF og HPF, er nødvendige for at gå ind i den inaktive fase, " sagde Yap. "Men kun ét protein, HPF, er nødvendig for Staph.

"E. coli RMF og HPF bringer de to 70S sammen ved at transformere formen af ​​70S komplekser til to kompatible puslespilsbrikker uden direkte kontakt mellem de to proteinfaktorer. I modsætning hertil, Staph HPF hæfter de to 70S ved direkte fastgørelse af to kopier af HPF. Som resultat, E. coli 100S-ribosomet er forbundet "hoved-til-hoved", mens Staph 100S-ribosomet betjenes "side-om-side".

"Den distinkte form af 100S ribosomer ser ud til at være artsspecifik. Når vi slår HPF ud og eliminerer den i Staph, de kan ikke så godt overleve, og de er mindre smitsomme."

Ved at hæmme dannelsen af ​​Staphs dvalefase, forskere kan muligvis opdage en unik Gram-positiv-specifik anti-bakteriel behandling.

"I det lange løb, vi kan muligvis målrette mod Staph eller andre Gram-positive bakterier med denne artsspecifikke tilgang, " sagde Yap. "Dette kan gøre det til et godt stofmål."