Escherichia coli Bakterien entführen Kupfer, ernähren sich davon

Hernani & Fuat - EHEC (Juni 2019).

Anonim

Kupfer ist seit langem für seine Fähigkeit bekannt, Bakterien und andere Mikroben abzutöten.

Aber in einer interessanten Wendung, haben Forscher an der Washington University School of Medicine in St. Louis gezeigt, dass Escherichia coli (E. coli) Bakterien - diejenigen an der Wurzel von schwer zu behandelnden Harnwegsinfektionen (HWI) -Hijack Spuren von Kupfer im Körper und nutzen es als Nährstoff für das Wachstum. Das Ergebnis deutet darauf hin, dass dieses System blockiert werden könnte, um E. coli-Infektionen zu verhungern und damit die Tür zur Behandlung von HWI mit Medikamenten zu öffnen, die anders funktionieren als herkömmliche Antibiotika.

Die Studie wird am 24. Juli in Nature Chemical Biology veröffentlicht.

Kupfer ist ein essentielles Mineral, das in Schalentieren, Vollkornprodukten, Nüssen, Bohnen und anderen Lebensmitteln enthalten ist. Er kann Krankheitserreger in hohen Konzentrationen abtöten. Es war jedoch nicht klar, wie E. coli Kupferionen im Urin behandelt, ein extrem komplexes Medium, das viele Spurenmetalle und andere Verbindungen enthält.

In früheren Arbeiten, bei denen E. coli-Stämme untersucht wurden, von denen bekannt ist, dass sie schwer behandelbare Harnwegsinfekte verursachen, zeigten die Forscher, dass ein Molekül namens Yersiniabactin, das von den Bakterien sekretiert wird, Kupfer absondert und so verhindert, dass es sich auf antibakterielle Ebene ansammelt. Aber was es mit diesem gebundenen Kupfer macht, ist unbekannt.

"Yersiniabactin ist häufiger bei invasiven Bakterien, einschließlich E. coli, die die problematischeren wiederkehrenden und antibiotikaresistenten Harnwegsinfektionen verursachen", sagte der leitende Autor Jeffrey P. Henderson, MD, PhD, ein außerordentlicher Professor für Medizin. "Einer der Gründe, warum wir Harnwegsinfektionen behandeln, ist die Sorge, dass die Bakterien in andere Bereiche eindringen und von einer lästigen zu einer viel ernsteren Infektion werden. Weil Yersiniabactin mit virulenteren Bakterien in Verbindung gebracht wird, wollten wir verstehen, was es tut und warum es da ist. "

Während Bakterien dafür bekannt sind, Eisen - ein anderes essentielles Mineral - in die Zelle zu bringen, stellten die Forscher fest, dass E. coli lange Zeit glaubte, es gäbe keine Methode, Kupfer zu importieren. Tatsächlich haben Wissenschaftler angenommen, dass Yersiniabactin nur Eisen importiert.

In der neuen Studie zeigten die Forscher, dass Yersiniabactin Kupferionen in die Zelle einführt, wo diese geladenen Partikel dazu beitragen, die vielen biochemischen Reaktionen auszulösen, die Bakterien zum Wachsen und zur Fortpflanzung benötigen. Die Wissenschaftler zeigten weiter, dass Yersiniabactin, wenn es einmal von seiner Mineralladung befreit wurde, außerhalb der Zelle zurückkehrt, um mehr Kupfer zu wischen. Die Forscher nannten diese Strategie "Nährstoffpassivierung". In der Metallurgie bezieht sich die Passivierung auf das Behandeln oder Beschichten von Metall, um es weniger reaktiv zu machen.

Die Forscher haben auch gezeigt, dass Yersiniabactin an eine Vielzahl von Metallen jenseits von Kupfer und Eisen, einschließlich Nickel, Kobalt und Chrom, binden kann.

"Die traditionelle Vorstellung, dass Yersiniabactin ein Eisenimporteur ist, ist eine viel zu einfache Sicht auf dieses Molekül", sagte Henderson, der Patienten mit Harnwegsinfekten behandelt. "Bakterien, die Yersiniabactin absondern, können an alle Arten von Metallen binden. An der Stelle der Infektion scheint dieses Molekül Metalle um sich herum zu ergreifen, um zu verhindern, dass diese Metalle toxische Mengen erreichen, aber auch kontrollierte Mengen an Metallionen zur Ernährung Zwecke. "

Henderson und seine Kollegen stellten fest, dass Stämme von E. coli ohne die Fähigkeit, Kupfer-gebundenes Yersiniabactin in die Zelle zu bringen, weniger aggressiv waren als Stämme, die über diesen Weg Kupfer importieren könnten. Die Forscher sagten, zukünftige Arbeit in der antibakteriellen Arzneimittelentwicklung könnte Wege suchen, um Yersiniabactin zu blockieren, die Zelle der essentiellen Nährstoffe im Wesentlichen zu verhungern.

Diese Strategie könnte laut den Forschern auch jenseits der E. coli, die wiederkehrende HWIs verursachen, relevant sein. Henderson stellte fest, dass das Yersiniabactin-Molekül in Bakterien, die Pest verursachen, und in Bakterien, die üblicherweise Lungenentzündung verursachen, vorhanden ist.

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