Vedvarende belastning af kolera forsvarer sig selv mod forandringskræfter, finder videnskabsmænd

En dødbringende stamme af kolerabakterier, der dukkede op i Indonesien tilbage i 1961, fortsætter med at sprede sig vidt den dag i dag og kræver tusindvis af liv rundt om i verden hvert år, gør millioner af mennesker syge og forvirrer med sin vedholdenhed videnskabsmænd.

Endelig i en undersøgelse offentliggjort i Nature , har forskere fra University of Texas i Austin opdaget, hvordan denne farlige stamme har holdt ud i årtier.

Et mangeårigt mysterium om stammen af ​​Vibrio cholerae (V. cholerae), der er ansvarlig for den syvende globale kolera-pandemi, er, hvordan denne afstamning har formået at udkonkurrere andre patogene varianter. UT-teamet identificerede et unikt særpræg ved immunsystemet, der beskytter bakterierne mod en vigtig drivkraft bag bakteriel evolution.

"Denne komponent af immunsystemet er unik for denne stamme, og den har sandsynligvis givet den en ekstraordinær fordel i forhold til andre V. Cholerae-slægter," sagde Jack Bravo, en UT-postdoktor i molekylær biovidenskab og tilsvarende forfatter på papiret. "Det har også gjort det muligt for den at forsvare sig mod parasitære mobile genetiske elementer, hvilket sandsynligvis har spillet en nøglerolle i økologien og udviklingen af ​​denne stamme og i sidste ende bidraget til denne pandemiske slægts levetid."

Kolera og andre bakterier, som alle levende ting, udvikler sig gennem en række mutationer og tilpasninger over tid, hvilket giver mulighed for nye udviklinger i et foranderligt miljø, såsom antibiotikaresistens. Nogle af drivkræfterne bag evolution i mikrober er endnu mindre DNA-strukturer kaldet plasmider, der inficerer, eksisterer og replikerer inde i en bakterie på måder, der kan ændre bakterielt DNA. Plasmider kan også bruge energi og forårsage mutationer, der er mindre fordelagtige for bakterierne.

Gennem en kombination af laboratorieanalyse og kryo-elektron-mikroskop-billeddannelse identificerede forskerholdet et unikt todelt forsvarssystem, som disse bakterier har, som i det væsentlige ødelægger plasmider og dermed beskytter og bevarer bakteriestammen.

Verdenssundhedsorganisationen anslår, at kolera inficerer 1,3 millioner til 4 millioner mennesker om året, og at mellem 21.000 og 143.000 dør årligt. Bakterien spredes normalt gennem forurenet vand og mad eller kontakt med en inficeret persons væsker. Alvorlige tilfælde er præget af diarré, opkastning og muskelkramper, der kan føre til dehydrering, nogle gange dødeligt. Udbrud forekommer for det meste i områder med dårlig sanitet og drikkevandsinfrastruktur.

Selvom der i øjeblikket findes en vaccine til at bekæmpe kolera, falder beskyttelsen mod alvorlige symptomer efter kun tre måneder. Med nye interventioner nødvendige, siger forskere, at deres undersøgelse tilbyder en potentiel ny vej for lægemiddelproducenter at udforske.

"Dette unikke forsvarssystem kan være et mål for behandling eller forebyggelse," sagde David Taylor, lektor i molekylær biovidenskab ved UT og en forfatter på papiret. "Hvis vi kan fjerne dette forsvar, kan det efterlade det sårbart, eller hvis vi kan vende sit eget immunsystem tilbage mod bakterierne, ville det være en effektiv måde at ødelægge det på."

Forsvarssystemet skitseret i papiret består af to dele, der arbejder sammen. Et protein målretter mod plasmidernes DNA med bemærkelsesværdig nøjagtighed, og et komplementært enzym river plasmidets DNA i stykker og afvikler DNA'ets helix, der bevæger sig i modsatte retninger.

Forskere bemærkede, at dette system også ligner nogle af CRISPR-Cascade-komplekserne, som også er baseret på bakterielle immunsystemer. CRISPR-opdagelsen revolutionerede til sidst genredigeringsteknologier, der har medført massive biomedicinske gennembrud.

Delisa A. Ramos, Rodrigo Fregoso Ocampo og Caiden Ingram fra UT var også forfattere på papiret.

Flere oplysninger: Jack P.K. Bravo et al., Plasmidmålretning og ødelæggelse af DdmDE-bakterieforsvarssystemet, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07515-9

Journaloplysninger: Natur

Leveret af University of Texas i Austin