Microbiologie in hapklare porties
Vibrio cholerae vlucht voor D-aminozuur
Net als wij, leven bacteriën in gemeenschappen waar ze interageren met hun buren. Als er beperkte middelen in de omgeving zijn, concurreren bacteriën met elkaar. Bij het concurreren scheiden bacteriën giftige eiwitten uit in de omgeving om de omliggende bacteriën te doden. Een van de strategieën die bacteriën gebruiken, is het vrijgeven van vrije aminozuren in de omgeving.
We weten allemaal dat eiwitten samengesteld zijn uit aminozuren. Maar wat de meesten van ons niet opmerken, is dat niet alle soorten aminozuren worden gebruikt voor de opbouw van eiwitten. Er bestaan twee types aminozuren, L-aminozuren (LAA) en D-aminozuren (DAA). Beide types hebben dezelfde samenstelling, maar hun chemische structuren zijn het spiegelbeeld van elkaar. Terwijl de meeste levensvormen op aarde LAAs gebruiken om eiwitten te vormen, is het bekend dat bacteriën LAAs kunnen omzetten in DAAs. DAAs worden door bacteriën gebruikt als gifstoffen om hun buren te doden, maar wat niet goed begrepen wordt, is hoe deze DAAs de bacterie beïnvloeden die ze vrijgeeft.
Irajoki en zijn groep gebruikten Vibrio cholerae om de rol van DAAs op het gedrag van bacteriën te begrijpen. Vibrio cholerae is een bacterie die cholera veroorzaakt bij mensen en staat erom bekend een hoge concentratie DAAs in de omgeving te produceren. Onderzoekers vroegen zich af welke defecten de bacterie zou hebben als deze geen DAAs produceerde. Het is al bekend dat Vibrio een eiwit genaamd BsrV gebruikt om LAAs om te zetten in DAAs. De onderzoekers zochten naar de soorten defecten bij Vibrio cholerae die geen BsrV hebben. Ze ontdekten dat de bacteriën die niet in staat waren DAAs te produceren, niet zo ver van het startpunt konden zwemmen als de bacteriën die wel DAAs kunnen produceren. Dit suggereert dat de bacteriën die geen DAAs produceren ofwel niet kunnen bewegen, of dat bacteriën het punt waar ze veel DAAs hebben geproduceerd proberen te vermijden.
Bacteriën gebruiken draadvormige structuren die flagella worden genoemd om zich te verplaatsen. Onderzoekers controleerden of Vibrio met een defect in de productie van DAAs functionele flagella had of niet. Ze ontdekten echter dat de flagella functioneel waren! Dit maakte de onderzoekers nieuwsgierig om te zien of bacteriën die DAAs produceren, daadwerkelijk DAAs kunnen waarnemen en de bacterie hiervan weg laten rennen. Dit is interessant omdat het vrijgeven van DAAs in de omgeving de bacteriën niet alleen in staat stelt om de buren te doden, maar hen ook toestaat om weg te rennen van stressvolle omstandigheden zoals honger, ongunstige pH en temperatuur, enz.
In totaal kunnen 20 verschillende DAAs worden geproduceerd door bacteriën. Om te identificeren welke van hen de beweeglijkheid van bacteriën beïnvloedt, voerden onderzoekers chemotaxis-assays uit. Ze ontdekten dat bacteriën slechts twee van de DAAs konden waarnemen, namelijk D-arginine en D-lysine, en voor beiden konden wegrennen. Om te achterhalen welke receptor bacteriën gebruiken om DAAs waar te nemen, gebruikten ze een state-of-the-art techniek genaamd thermische proteoomprofilering. Deze techniek maakt gebruik van het principe dat de receptoren hittebestendig worden bij binding aan hun ligand. Ze ontdekten dat bacteriën D-arginine waarnemen met behulp van een receptoreiwit genaamd VC1313 of MCPDRK.
Aangezien het waarnemen van iets veel energie vereist, vroegen onderzoekers zich vervolgens af wanneer de bacteriën deze DAAs proberen waar te nemen. Ze tagden de MCPDRK-receptor met een groen fluorescerend eiwit (GFP) en merkten op dat bacteriën MCPDRK produceren wanneer ze de stationaire fase ingaan. Dit is een fase van bacteriële groei waarbij de voedingsstoffen beperkt worden en de omgeving de groei van bacteriën niet langer ondersteunt.
Later toonden ze aan dat de productie van MCPDRK afhankelijk is van RpoS, een factor die de productie van specifieke eiwitten reguleert wanneer de bacteriën de stationaire fase ingaan of een stressvolle situatie tegenkomen. Dit artikel toonde aan dat bacteriën de aanwezigheid van DAAs proberen waar te nemen wanneer ze ongunstige situaties ervaren en proberen weg te rennen van een locatie waar te veel DAAs zijn, om andere gunstige plaatsen in hun omgeving te verkennen.
Het is bekend dat bacteriële beweeglijkheid omgekeerd evenredig is met de biofilm vorming. Bacteriën in de biofilmstaat zijn bestand tegen antibiotica en zijn een belangrijke oorzaak van overlijden door ziekenhuisgerelateerde ziekten. Deze studie geeft ons een hint over wat bacteriën aanzet om te bewegen. Een andere studie heeft aangetoond dat het activeren van sommige genen, zoals BsrV, de vorming van biofilm verhindert. Zou dat betekenen dat DAAs de schakeling reguleren van een antibioticumresistente biofilmstaat naar een antibioticumgevoelige mobiele staat van bacteriën? Het begrijpen van de biologie achter het schakelmechanisme kan ons in de toekomst helpen bij het ontwikkelen van betere therapieën.
Link to the original post:
“D-amino acids signal a stress-dependent run-away response in Vibrio cholerae.”Irazoki O, Ter Beek J, Alvarez L, Mateus A, Colin R, Typas A, Savitski MM, Sourjik V, Berntsson RP, Cava F. Nature Microbiology, 2023 Aug. 10.1038/s41564-023-01419-6
Featured image: Image adapted from the original article Irazoki et al
Vertaald door: Mira Stas
micro-bites.org 