Hvordan E. coli får magten til at forårsage urinvejsinfektioner

På grund af et særpræg af anatomi er kvinder især tilbøjelige til at få urinvejsinfektioner, hvor næsten halvdelen har at gøre med en på et tidspunkt i deres liv.

Forskere har i årtier forsøgt at finde ud af, hvordan bakterier får fodfæste i ellers raske mennesker, og har undersøgt alt fra, hvordan mikroberne bevæger sig inde og klæber til indersiden af ​​blæren, til hvordan de anvender deres toksiner for at producere ubehagelige og ofte smertefulde symptomer.

Forskning offentliggjort i PNAS undersøger, hvordan bakterien Escherichia coli, eller E. coli – ansvarlig for de fleste UVI – er i stand til at bruge værtsnæringsstoffer til at formere sig i et ekstraordinært hurtigt tempo under infektion på trods af det næsten sterile miljø med frisk urin.

Efterforskere, der arbejder i laboratoriet hos Harry Mobley, Ph.D., ved University of Michigan Medical School, begyndte med at se på mutantstammer, der ikke var så gode til at replikere i musemodeller for at identificere bakteriegener, der kan være vigtige for at etablere infektion.

Ved at gøre det identificerede de en gruppe gener, der kontrollerer transportsystemer, som kritiske.

"Når bakterier har brug for noget for at vokse, f.eks. en aminosyre, kan de få det på to måder," forklarede Mobley, der er professor i mikrobiologi og immunologi ved Frederick G. Novy.

"De kan lave det selv, eller de kan stjæle det fra deres vært ved hjælp af det, vi kalder et transportsystem."

Deres tidligere genekspressionsscreening afslørede, at næsten 25 % af bakterielle gener var dedikeret til replikationstaktik, herunder transportsystemer for specifikke aminosyrer, som E. coli bruger til at bringe tusindvis af molekyler ind i sekundet, sagde Mobley.

Førsteforfatter Allyson Shea, Ph.D., et tidligere medlem af Mobleys laboratorium og nu assisterende professor i mikrobiologi og immunologi ved University of South Alabama, krydsreferencede et bibliotek af transportproteiner fra E. coli mod andre arter af UTI-patogener til se, hvilke der var vigtige for infektion. Hun opdagede, at en type transportør kaldet ABC (til ATP-bindende kassette) transportere så ud til at være kritisk.

Ved hjælp af organagar fremstillet fra musens urinveje bekræftede hun, at ABC-transportere var afgørende for infektion. Mange bakteriestammer, der manglede disse næringsstofimportsystemer, var defekte til vækst på blære- og nyreorganagar.

"Det ser ud til, at bakterier investerer i disse energi-dyre ATP-transportsystemer for at have en højere affinitet til de energikilder, de er interesserede i," sagde Shea.

"Disse systemer er meget, meget gode til at få næringsstoffer ind i cellen."

Resultaterne, bemærker Mobley, åbner muligheder for udvikling af nye terapeutiske midler - hvilket er særligt vigtigt i en æra med stigende antibiotikaresistens.

"Hvis du hæmmer disse transportsystemer, kan du måske hæmme den hurtige vækst af disse bakterier," sagde han.

Det vil ikke være let at gøre det, bemærker Shea, da bakterier har udviklet flere backupsystemer til denne vigtige klasse af transportører.

"Det, der er rart ved denne ATP-bindende familie, er, at de alle har en ATP-bindende underenhed, som giver transportsystemet den energi, det har brug for til at få næringsstoffer gennem cellemembranen."

Denne underenhed kunne potentielt være et mål for at gøre hele familien af ​​transportører dysfunktionelle.

Selvom dette ikke nødvendigvis ville erstatte antibiotika, siger hun, kunne det bremse væksten, så antibiotika og værtens immunsystem kunne gøre et bedre stykke arbejde med at stoppe fejlene.

Yderligere forfattere omfatter Valerie S. Forsyth, Jolie A. Stocki, Taylor J. Mitchell, Arwen E. Frick-Cheng, Sara N. Smith og Sicily L. Hardy.

Flere oplysninger: Allyson E. Shea et al., Nye roller for ABC-transportører som virulensfaktorer i uropatogene Escherichia coli, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2310693121

Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences

Leveret af University of Michigan