Neue potenzielle Zielproteine ​​für neuartige Antibiotika entdeckt

Bakterien sind kleine, aber zähe Organismen, auch weil ihre Zellen von einem schützenden Zellwandskelett umschlossen sind. Professor Felipe Cava und sein Team an der Universität Umeå in Schweden und Mitarbeiter an der Harvard Medical School in den USA haben lang gesuchte Proteine ​​entdeckt, die zur Aufrechterhaltung der bakteriellen Zellwandstruktur benötigt werden. Diese Proteine ​​stellen für viele Bakterien eine vielversprechende Schwachstelle dar, die von zukünftigen antimikrobiellen Verbindungen ausgenutzt werden kann. Die Ergebnisse sind veröffentlicht in Natur.

Die Zellwand ist wie die Haut von Tieren für Bakterien lebensnotwendig. Viele unserer besten Antibiotika zielen daher auf die Proteine ​​ab, die diese Struktur aufbauen und umgestalten. Da sich die Zellwand auf der Außenseite der Zellmembran befindet, die die Zelle umschließt, müssen ihre Bausteine ​​von ihrem Entstehungsort, dem Zytoplasma, über diese Membran transportiert werden.

Um diesen Transfer durchzuführen, verwenden Bakterien einen speziellen Lipidträger namens Undecaprenylphosphat. Sobald diese Bausteine ​​geliefert und zusammengesetzt sind, muss der Lipidträger zum Zytoplasma zurückkehren, um neue Einheiten zu transportieren; Die Identität der Proteine, die diese Lipide recyceln, blieb jedoch bis jetzt schwer fassbar.

Anhand der pathogenen Modellorganismen Vibrio cholerae und Staphylococcus aureus entdeckte das Forscherteam, dass zwei schlecht charakterisierte Proteinfamilien (DUF368 und DedA), die in allen drei Lebensreichen weitgehend konserviert sind, für das Recycling des Lipidträgers Undecaprenyl verantwortlich sind Phosphat-Lipide.

Interessanterweise werden einige dieser Proteine ​​nur unter bestimmten Bedingungen benötigt, was darauf hindeutet, dass die Verwendung von Transportern dynamisch ist und durch verschiedene Umwelteinflüsse reguliert wird. Wichtig ist, dass das Recycling von Lipidträgern für die Pathogenese von V. cholerae von entscheidender Bedeutung ist, was darauf hindeutet, dass das selektive Targeting dieser Transporter ein praktikabler Ansatz für die Entwicklung neuartiger antimikrobieller Mittel sein könnte.

„Bakterien erfahren normalerweise eine Vielzahl von Umweltveränderungen sowohl unter freilebenden Bedingungen als auch während einer Infektion. Die Auswahl spezifischer Undecaprenylphosphat-Transporterproteine ​​zur Aufrechterhaltung der Zellwandstabilität in jeder Umgebung könnte ein unerforschter Anpassungsmechanismus in Bakterien sein“, erklärt Dr. Emilio Bueno , Postdoktorand am Institut für Molekularbiologie der Universität Umeå.

Motiviert durch ein In-vivo-Screening auf Darmkolonisationsdeterminanten von V. cholerae identifizierte das Team ein Multipass-Membranprotein, das die weitgehend konservierte Domäne unbekannter Funktion, DUF368, enthält. Sowohl V. cholerae als auch S. aureus wuchsen schlecht, wenn ihnen ihre jeweiligen DUF368-enthaltenden Proteine ​​fehlten, und zeigten morphologische Defekte, die diese Membranproteine ​​stark in die Zellwandbiogenese und insbesondere in den Transport von Undecaprenylphosphatlipiden einbeziehen.

„Da unsere phänotypischen Daten darauf hindeuteten, dass die Mutanten bei der Reinternalisierung von Undecaprenylphosphat defekt waren, verwendeten wir eine Methode, die es uns ermöglichte, verschiedene Lipidträgerarten in Membranextrakten zu quantifizieren“, sagt Dr. Emilio Bueno.

Bemerkenswerterweise wurden DUF368-Mutanten, obwohl angenommen wird, dass das Recycling von Lipidträgern eine wesentliche Funktion ist, hauptsächlich bei alkalischem pH betroffen, was auf die Existenz anderer Transporter für neutrale und saure pH-Werte hindeutet. Ein Screen auf synthetische tödliche Wechselwirkungen identifizierte ein Protein der DedA-Familie als zusätzliche Translokase von Undecaprenylphosphat.

Die Konditionalität unterschiedlicher Translokasen könnte den Fluss von Lipidträgern in alternative mikrobielle Nischen unterstützen, beispielsweise innerhalb und außerhalb des Wirts. Zusammen füllen diese Ergebnisse eine große Lücke im Recyclingweg von Undecaprenylphosphat in Bakterien und schaffen Zusammenhänge, die die Aktivität dieser kritischen Funktion steuern.

Das Undecaprenylphosphat-Recycling ist ein Schlüsselschritt in der Biosynthese nicht nur von Peptidoglycan, der primären strukturellen Komponente der Zellwand, sondern auch von anderen Zelloberflächen-Glycopolymeren, einschließlich Wandteichonsäuren, bestimmten Lipopolysaccharid-Modifikationen und Kapseln.

„Daher ist dieser Schritt angesichts seiner weitreichenden und kritischen Rolle bei der Aufrechterhaltung der Zelloberfläche ein ideales Ziel für antimikrobielle Therapien. Darüber hinaus sind DUF368-Proteine, obwohl sie auf Bakterien und Archaeen beschränkt sind, in Eukaryoten, einschließlich Menschen, weit verbreitet. Daher können unsere Ergebnisse das Verständnis der Translokation von Polyprenylphosphat in den Reichen des Lebens beeinflussen“, sagt Felipe Cava, Professor am Institut für Molekularbiologie der Universität Umeå.