Forscher haben ein neues komplexes Kohlenhydrat-Biomolekül oder Glykan identifiziert, das eine Schlüsselrolle bei der nasalen Besiedlung der für Keuchhusten verantwortlichen Bordetella-Bakterien spielt. Die Entdeckung könnte es ermöglichen, ein neues Medikament oder einen neuen Impfstoff zu entwickeln, der in das Glykan eingreift und so die laufende Bordetella-Übertragung erheblich reduziert oder sogar stoppt.
Bordetella pertussis ist die Ursache der Atemwegsinfektion Pertussis, die allgemein als Keuchhusten bekannt ist. Heutige Pertussis-Impfstoffe verhindern, dass Menschen schwer erkranken, sie beseitigen die Bakterien jedoch nicht, da sie sich hervorragend in der Nase ansiedeln, wachsen und dort verbleiben können. Dies bedeutet, dass sich Keuchhusten weiter ausbreitet, obwohl mehr als 99 % der Menschen in den USA geimpft sind, was zu Infektionen bei gefährdeten Bevölkerungsgruppen, insbesondere bei Säuglingen und älteren Menschen, führt.
Yang Su leitete die Studie an der University of Georgia in Athen.
„Unser neu entdecktes Glykan ist entscheidend dafür, dass die Bakterien ihre Fähigkeit behalten, die Nase effizient zu besiedeln und auf einen neuen Wirt zu übertragen“, sagte Su, Doktorandin in der Abteilung für Biochemie und Molekularbiologie. „Durch das Verständnis der biochemischen und molekularen Funktion der an seiner Bildung beteiligten Gene und Enzyme können wir nun in die Produktion dieses Glykans eingreifen.“
Su wird die Forschung unter vorstellen Entdecken Sie BMB, die Jahrestagung der American Society for Biochemistry and Molecular Biology, die vom 23. bis 26. März in San Antonio stattfinden wird. Er wird von Maor Bar-Peled und Eric T. Harvill, beide von der University of Georgia, gemeinsam beraten und arbeitet mit Andrew Preston von der University of Bath im Vereinigten Königreich und Thomas M. Krunkosky von der University of Georgia zusammen.
„Mein multidisziplinärer Ansatz integriert Enzymologie, Glykanstrukturanalysen, Genetik, Atemwegszellmodelle und Mausinfektionsmodelle“, sagte Su. „Meines Wissens ist dies der erste Bericht über ein Glykan, das für die frühe Besiedlung der Nase seines Wirts von Bedeutung ist.“
Glykane sind Biomoleküle, die aus Kohlenhydratketten wie Polysacchariden bestehen. Sie sind für verschiedene biologische Prozesse von wesentlicher Bedeutung, darunter die Zell-Zell-Erkennung, die Signalübertragung und die Modulation der Immunantwort.
In einer früheren Studie entdeckten die Forscher, dass ein Glykan namens Transmission Extrazelluläres Polysaccharid (tEPS) erforderlich ist, damit sich Bordetella unter den Wirten ausbreiten kann. Sie entdeckten dann, dass die Produktion von tEPS-Glykan mit einer anderen Gruppe von Genen zusammenhängt. Die Forscher vermuteten, dass diese neue Gruppe von Genen wahrscheinlich ein weiteres Glykan produzierte, über dessen Funktion oder Struktur war jedoch nichts bekannt.
In der neuen Arbeit eliminierten die Forscher die Gene, die dieses unbekannte Glykan aus Bakterien exprimierten, um zu sehen, ob sie seine Funktion aufdecken könnten. Der resultierende Bordetella-Mutant zeigte eine um 70 % verringerte Fähigkeit, die Nase von Mäusen innerhalb von sechs Stunden nach der Inokulation zu besiedeln. Der Mutant zeigte auch eine deutlich verringerte Fähigkeit zur Übertragung vom ursprünglichen Wirt auf einen neuen Wirt.
Die Forscher entdeckten, dass dieses neue Glykan, das sie Bordetella-Kolonisierungs-Oligosaccharid oder b-Cool nannten, in mehreren Bordetella-Arten vorkommt, darunter solchen, die Hunde und andere Tiere infizieren, sowie in aus Patienten isolierten Bordetella-pertussis-Stämmen. Dies deutet darauf hin, dass die gezielte Behandlung von b-Cool zur Entwicklung von Impfstoffen und Medikamenten führen könnte, die sowohl gegen tierische als auch menschliche Infektionen wirksam wären.
Die Forscher arbeiten nun daran, zu verstehen, wie b-Cool die Kolonisierung von Bordetella in der Nase vermittelt. Diese Informationen werden bei der Entwicklung von Therapeutika helfen, die die Kolonisierung beeinträchtigen. Sie entwickeln außerdem einen Impfstoff, der auf das b-Cool-Glykan abzielt, und wollen ihn an verschiedenen Wirten testen.
Yang Su wird diese Forschung während einer Postersitzung am Montag, 25. März, von 16:30 bis 18:30 Uhr (CDT) in der Ausstellungshalle des Henry B. González Convention Center (Postertafel Nr. 288) vorstellen.