Bakteeripatogeenit rakentavat antibioottiresistenttejä ”bunkkereita” hiusmaisista ulokkeistaan koostuvilla kehikoilla

Monet patogeeniset bakteerit muodostavat kolmiulotteisia biofilmejä suojautuakseen immuunijärjestelmältä, antibioottihoidoilta ja kuivumiselta ympäristön pinnoilla. Jotkin ongelmallisimmista sairaalabakteereista, kuten moniresistentit A. baumannii ja P. aeruginosa, käyttävät tähän erityisiä hiusmaisia pintarakenteitaan, adhesiivisia piluksia, kiinnittyäkseen kudoksiin tai elottomille pinnoille. Kiinnittyneinä bakteerit kasvavat paksuiksi 3D-biofilmeiksi, jotka koostuvat useista bakteerikerroksista. Adhesiiviset pilus-proteiinit ohjaavat tätä prosessia, mutta tähän asti on ollut epäselvää, miten ne estävät kasvavan 3D-biofilmin hajoamisen.

Turun yliopiston MediCity-tutkimuslaboratorion tutkijat havaitsivat edistyneiden elektronimikroskopiamenetelmien avulla, että vierekkäisten A. baumannii -bakteereiden ”karvat”, tarttuvat Csu-pilukset, kiinnittyvät toisiinsa vastakkain. Nämä karvamaiset ulokkeet muodostavat nopeasti tasaisia levyjä yhdistäen bakteerit toisiinsa ja suojaten niitä haitallisilta ympäristöiltä.

– Csu-pilus -proteiinit voivat muodostaa valtavia, monimutkaisia verkostoja, jotka yhdistävät satoja bakteerisoluja, kertoo tutkimusta johtanut Sigrid Jusélius -säätiön varttuneena tutkijana toimiva dosentti Anton Zavialov.

Tutkimusryhmä osoitti, että Csu-pilukset voivat muodostaa ainakin kahdenlaisia tasaisia rakenteita ja tutki niitä lähes atomitasolla.

– Kryoelektronimikroskopian menetelmät kehittyvät erittäin nopeasti. Kehitin ensimmäistä mallia varten manuaalisen lähestymistavan, ja sovelsimme vasta myöhemmin tutkimuksessa laskennallisia työkaluja näiden poikkeuksellisen suurten rakenteiden kuvaamiseksi 3D-muodossa, selittää väitöskirjatutkija Henri Malmi, joka suoritti suurimman osan tutkimustyöstä.

Tutkijat havaitsivat myös, että pilusverkosto hautautuu vähemmän järjestäytyneeseen ympäröivään materiaaliin, joka koostuu bakteerien erittämistä polysakkarideista ja DNA:sta.

– Tämä lopullinen rakenne muistuttaa jonkin verran teräsbetonia: pilukset toimivat teräspalkkien tavoin, kun taas polysakkaridit ja DNA muodostavat betonin. Tällä tavalla bakteerit piiloutuvat tehokkaasti bunkkeriinsa, lisää Zavialov.

Ryhmä keskittyy nyt kehittämään estäjiä, jotka voitaisiin kohdistaa pilusten välisiin yhteyksiin. Tällaisia inhibiittoreita voitaisiin käyttää yhdistelmähoidoissa estämään 3D-biofilmin muodostumista ja auttamaan antibiootteja eliminoimaan patogeenejä tehokkaammin.

Tutkimusartikkeli on julkaistu Nature Communications -lehdessä.