Brusselse onderzoekers vinden zwakke plek bij bacteriën op WHO’s lijst van zorgwekkende ziekteverwekkers
SlyB vormt reddingsboei en beschermt bacteriën tegen afsterving
14 december 2023
Brussel, 14 december 2023 - In een baanbrekende ontdekking hebben wetenschappers van VIB-VUB Centrum voor Structurele Biologie de mysteries van SlyB ontrafeld, een klein maar krachtig eiwit dat wordt gevonden in de buitenste membraan van bepaalde bacteriën. Wanneer bacteriën stress ondervinden, speelt SlyB een cruciale rol als beschermer van de bacteriële cel om deze te behoeden voor afsterving. Deze ontdekking verdiept niet alleen ons begrip van de overlevingsmechanismen van bacteriën, maar opent ook de deur voor mogelijke toepassingen in antimicrobieel onderzoek. De bevindingen, die onder leiding van Professor Han Remaut werden gerealiseerd, zijn gepubliceerd in Nature.
Bacteriën op de WHO-zwarte lijst
Biologen categoriseren bacteriën in twee grote groepen: Gram-positieve bacteriën, gekenmerkt door een enkele membraan, en Gram-negatieve bacteriën, gekenmerkt door een binnen- en buitenmembraan. Het is dit tweede membraan dat het behandelen van Gram-negatieve bacteriën extra moeilijk maakt. De buitenmembraan vormt een essentiële beschermende laag die cellen afschermt van omgevingsstress zoals antimicrobiële peptiden en antibiotica. De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) heeft een top 10-lijst van de meest zorgwekkende pathogenen opgesteld. Niet verrassend wordt deze lijst voornamelijk bevolkt door Gram-negatieve bacteriën. Wetenschappers zoeken al langer naar zwakke plekken in deze dubbelwandige bacteriën, en nu heeft een team van Belgische onderzoekers aan het VIB-VUB Center voor Structurele Biologie een doorbraak gemaakt.
Stressomstandigheden in het membraan
Hoewel het buitenmembraan een beschermend schild vormt voor de bacteriën, is het niet onfeilbaar. Onder aanval van externe stressfactoren zoals antimicrobiële peptiden klonteren de fosfolipiden in de buitenmembraan samen als olievlekken op het oppervlak van de bacterie. Dergelijke verzwakte zones lopen het risico te barsten onder de waterdruk in de cellen, resulterend in het uitlekken van de celinhoud met de dood van bacteriën als gevolg. Dit proces heet lysis in wetenschappelijke termen.
SlyB: de bacteriële reddingsboei
Hier komt SlyB op het toneel, een eiwit met een nog niet eerder gekende functie. Wanneer cellen de membraan-verzwakkende stress waarnemen, komt SlyB in actie. Het eiwit verplaatst zich naar de lekkende fosfolipiden, en vormt daar ringvormige nanodisc-structuren vergelijkbaar met een reddingsboei. De SlyB-nanodiscs omhullen de eiwitten in de aangetaste zones van de buitenmembraan. Deze SlyB-activiteit beschermt de eiwitten en versterkt de zwakkere zones van de buitenmembraan, waardoor overmatig verlies van essentiële eiwitten wordt voorkomen en de overleving van de bacteriën wordt verzekerd. Zonder SlyB verzwakt het membraan en sterven de bacteriën af door lysis.
"Met deze ontdekking hebben we diepgaand inzicht gekregen in hoe Gram-negatieve bacteriën zich beschermen tegen omstandigheden die het membraan destabiliseren" zegt Arne Janssens, PhD student aan VIB-VUB Center voor Structurele Biologie.
Toekomstige toepassingen
De studie leidt niet alleen tot fundamentele inzichten in een nieuwe familie van nanodisc-vormende eiwitten, maar levert ook innovatieve instrumenten op om de bacteriën te bestrijden. De Belgische onderzoekers zetten al de volgende stappen in hun onderzoek om de unieke eigenschappen van SlyB in ons voordeel te gebruiken. De bacteriële membraaneiwitten in de nanodiscs worden opgezuiverd en gebruikt in vaccins om het immuunsysteem te stimuleren. Zo kan het lichaam de inkomende bedreigingen beter herkennen. De ontdekking biedt ook perspectieven voor de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen die voorkomen dat Gram-negatieve bacteriën de nanodisc vormen, waardoor ze niet meer in staat zijn zich te verweren.
"Door ons te richten op deze nanodisc, proberen we de beschermingsstrategie van de bacteriën om te zetten in hun Achilles hiel," zegt Prof. Han Remaut, groepsleider aan het VIB-VUB Center voor Structurele Biologie. "Op deze manier proberen we nieuwe methoden te ontwikkelen om Gram-negatieve bacteriën te bestrijden en uiteindelijk de lijst van zorgwekkende pathogenen van de WHO drastisch in te korten."
Publicatie
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06925-5
Deze studie kwam er in samenwerking met wetenschappers van het Vlaams Instituut voor Biotechnologie (VIB), VUB, UGent, UCL Louvain-La-Neuve, en Colorado School of Mines (USA).
Over het VIB-VUB Centrum voor Structurele Biologie
Eiwitten zijn de belangrijkste bouwstenen van alle leven. Ze staan in voor de metabolische processen in een cel, geven de cel zijn vorm en verzorgen de onderlinge samenwerking tussen de verschillende cellen en weefsels in ons lichaam. Het VIB-VUB Centrum voor Structurele Biologie onderzoekt de basisprincipes die de functie en werking van een eiwit in de cel bepalen. Zo kunnen ze nieuwe technologieën en bio-gebaseerde materialen ontwikkelen.