Siden sidst: Rekordlav høst

Publiceret Juli 2003

Siden sidst er denne gang på banen med en rekordlav høst. Perioden maj-september bød på 6 artikler i Genes & Development (1), EMBO  Journal (1), Nature Structural Biology (1), Molecular and Cellular Biology (1) og PNAS (2). Vi giver denne gang plads til et interessant medicinsk-mikrobiologisk arbejde:

Attenuation of Pseudomonas aeruginosa virulence by quorum sensing inhibitors.

EMBO Journal 22 (2003): 3803-3815.
M Hentzer, H Wu, JB Andersen, K Riedel, TB Rasmussen, N Bagge, N Kumar, MA Schembri, Z Song, P Kristoffersen, M Manefield, JW Costerton, S Molin, L Eberl, P Steinberg, S Kjelleberg, N Høiby, M Givskov. Danmarks Tekniske Universitet; Rigshospitalet; Københavns Universitet; Technische Universität München, Tyskland; University of New South Wales, Australia; Centre for Ecology and Hydrology, Oxford, UK; Montana State University, USA.

Med opdagelsen af antibiotika i sidste århundrede opstod en overbevisning om at bakterieinfektioner i løbet af kort tid ville blive udryddet og i hvert fald ikke udgøre nogen reel fare mod folkesundheden. Dette medførte dels en alt for uhæmmet brug af antibiotika, dels at forskning i bakteriesygdomme igennem en lang årrække ikke var særlig intens, da de problemer man kunne løse gennem sådan forskning allerede var klaret med antibiotikaens opdagelse. Imidlertid er resultatet nu blevet, at vi gennem antibiotikaforbruget har selekteret for antibiotikaresistente bakteriestammer uden at have nogen tilbundsgående forståelse af de mekanismer bakterier benytter under infektion. Bakterielle infektioner kan altså atter have alvorlige konsekvenser, og medicinsk mikrobiologi er derfor i den grad kommet på dagsordenen igen.

De sidste 10-15 års indsats på dette område har afsløret, at pathogene bakterier råder over et væld af våben, hvis mål er at manipulere værtsceller, så bakteriernes vækst begunstiges. Disse såkaldte virulensfaktorer injiceres hyppigt direkte ind i værtscellen ved hjælp af et særligt udviklet sekretionssystem, og deres virkning kan fx være at paralysere dele af immunforsvaret, så de indtrængende bakterier ikke umiddelbart bekæmpes. Virulensfaktorers regulering (og virkning) er derfor i centrum i forståelsen af bakteriers pathogene egenskaber. Her har det vist sig, at mange bakterier besidder et kemisk "mærk-dig-selv" kommunikationssystem, quorum sensing, der koordinerer angreb fra en hel bakteriepopulation på værtsorganismen i stedet for sporadiske angreb fra enkeltceller. Hos Gram negative bakterier er elementerne i quorum sensing simple: Hver bakteriecelle udsender et lavmolekylært signalstof - en N-acylhomoserinlacton (AHL) - der frit kan diffundere ud og ind af celler. Koncentrationen af signalstof bliver dermed proportional med populationsstørrelsen. Ved en given tærskelværdi binder AHL til transkriptionsfaktorer, der efter aktivering inducerer ekspressionen af eksempelvis en række virulensfaktorer, så selve infektionen kan sættes i gang.

Visse bakterietyper er desuden i stand til sammen at danne en såkaldt biofilm; et tæt samfund af bakterier indhyllet i polymerer på værtsoverflader. Sådanne biofilm er resistente over for antibiotika og angreb fra immunsystemet, og biofilmdannelse menes at spille en stor rolle i kroniske infektioner. Også biofilmdannelse lader til i det mindste delvist at være underlagt quorum sensing kontrol.

Quorum sensing systemet er derfor et oplagt mål for bekæmpelse af bakterieinfektioner. I dette arbejde, hvor den Gram negative bakterie Pseudomonas aeruginosa bruges som modelsystem, er fokus netop at belyse quorum sensing kontrolleret genekspression, hæmme den og se hvad følgerne er for bakterierens pathogene egenskaber. Resultatet er bemærkelsesværdigt:

Forfatterne har tidligere været igennem en eftersøgning af naturlige forbindelser, der kan interferere med quorum sensing, og det er lykkedes dem at finde én i en australsk havalge. Den har de så leget videre med kemisk, og med syntesen af C-30 har de fundet frem til et derivat med forstærket quorum sensing antagonisme. De viser først, at C-30 kraftigt reducerer et par kendte virulensfaktorers ekspression i cellekultur, mens væksthastigheden af P. aeruginosa ikke er påvirket. De går nu skridtet videre og bruger microarray hybridisering til at karakterisere quorum sensing medieret genekspression og C-30s indvirkning på denne. Her er de grundige og inkluderer både prøver fra vildtypestammer med og uden C-30, AHL-deficiente stammer med og uden exogent AHL (signalstoffet der inducerer quorum sensing), samt vildtype og AHL-deficiente stammer induceret til biofilmvækst in vitro. Det klare resultat er, at AHL inducerede gener i såvel kultur som biofilm i meget vid udstrækning falder sammen C-30 represserede gener. Quorum sensing kontrolleret genekspression bliver altså specifikt og tæt på fuldstændigt hæmmet af C-30.

Med dette opmuntrende resultat i baghånden går forfatterne videre med et batteri af fysiologiske tests af C-30s virkning. For eksempel vises, at in vitro-dyrkede P. aeruginosa biofilm bliver detergent-opløselige og antiobiotikasensitive i tilstedeværelse af C-30, inden der gås videre med rigtige in vivo forsøg: Her inficeres muselunger med P. aeruginosa, og bakterietiteren i lungerne tælles efter en uges C-30 eller placebo behandling ved injektion. C-30 gruppen udviser ca. 1000 gange lavere bakterievækst, så forfatternes quorum sensing hæmning lader til at være særdeles effektiv til at opløse bakteriernes resistens over for immunsystemet.

Resultatet har oplagte anvendelser, idet P.aeruginosa lungeinfektion og biofilmdannelse er hyppig dødsårsag i cystisk fibrose patienter. Samtidig viser forfatterne, at princippet om at pille bakteriers virulensfunktioner fra hinanden frem for direkte at slå dem ihjel kan være et effektivt middel i infektionsbekæmpelse.

Andre artikler

Identification of the C-signal, a contact-dependent morphogen coordinating multiple developmental responses in Myxococcus xanthus.

Genes & Development 17 (2003): 2151-2161.
S Lobedanz, L Søgaard-Andersen, Syddansk Universitet, Odense.

Two crystal structures demonstrate large conformational changes in the eukaryotic ribosomal translocase.

Nature Structural Biology 10 (2003): 379-385.
R Jørgensen, PA Ortiz, A Carr-Schmid, P Nissen, TG Kinzy, GR Andersen, Aarhus Universitet; UMDNJ Robert Wood Johnson Medical School, USA.

Role of fission yeast RecQ helicase in DNA Repair in G2.

Molecular and Cellular Biology 23 (2003): 3692-3705.
LV Laursen, E Ampatzidou. AH Andersen, JM Murray, Aarhus Universitet; University of Sussex, UK.

Molecular cloning and functional expression of the first two specific insect myosuppressin receptors.

Proc. Natl. Acad.Sci. USA 100 (2003): 9808-9813.
K Egerod, E Reynisson, F Hauser, G Cazzamali, M Williamson, CJP Grimmelikhuijzen, Københavns Universitet.

Allosteric control of internal electron transfer in cytochrome cd1 nitrite reductase.

Proc. Natl. Acad.Sci. USA 100 (2003): 7622-7625.
O Farver, PMH Kroneck, WG Zumft, I Pecht, Farmaceutisk Højskole; Universität Konstanz, Tyskland; Universität Fridericiana, Tyskland; Weizmann Institute of Science, Israel.