Bakteriers ”hår” av proteiner fungerar som stötdämpare

Vissa bakterier, bland annat E.coli, bildar en kalufs av proteintrådar för att lättare fästa till celler i kroppen de vill infektera. Fysikern Johan Zakrisson vid Umeå universitet har i sin avhandling undersökt de mekaniska egenskaperna hos dessa proteintrådar. Hans resultat visar att trådarna också fungerar som en slags stötdämpare för bakterierna.

– När bakterien utsätts för ett kraftigt vätskeflöde kommer proteintrådarna att förlängas. Det innebär att bakterien kan ”följa med flödet” vilket minskar kraften hos dess förankring till värdceller i vår kropp. Detta minskar risken att bakterien sköljs bort. När flödet minskar drar proteintrådarna ihop sig igen.

Antibiotikaresistensen ökar i hög takt i både industri- och utvecklingsländer, allt fler bakterier har utvecklat motståndskraft mot medicinerna. För att kringgå problemet måste nya metoder att behandla infektioner utvecklas. Ett nytt angreppssätt skulle kunna vara att slå ut de vidhäftningsproteiner som till exempel E.colibakterier använder för att orsaka infektion. Dessa hårliknande strukturer som kallas pili är mycket viktiga i det första steget till en infektion – att binda till en värdcell. Johan Zakrisson har undersökt de mekaniska egenskaperna hos pili och deras roll i den initiala vidhäftningsprocessen.

E. coli-bakterier är en normal medlem i tarmfloran hos människor och däggdjur, men orsakar även infektioner, till exempel urinvägsinfektion. En E.coli-infektion börjar med att bakterierna klamrar sig fast på värdcellen med hjälp av pili-håren på sin yta. Pili är konstruerade av proteiner som är organiserade i en spiralstruktur. Längst ut på pili finns adhesin, ett protein som fungerar som ankringspunkt till värdcellen.

Att inaktivera bakteriernas pili kan bli en ny metod i kampen mot bakteriella infektioner. Men, för att utveckla molekyler som effektivt sätter bakteriehåren ur spel behövs bättre förståelse av pili. I sin doktorsavhandling presenterar Johan Zakrisson en detaljerad beskrivning av de mekaniska egenskaperna hos pili och deras roll i den initiala vidhäftningsprocessen.

– Genom att använda resultat från experiment i kombination med fysikalisk modellering och numeriska simuleringar, undersökte vi hur pili kan fungera som "stötdämpare" för bakterien, säger han. Stötdämpningen minskar kraften från vätskeflöden, till exempel urin, som kan spola bort bakterierna.

– Våra resultat visar att beroende på hur pilis spiralstruktur vecklar upp sig kan det variera kraften från vätskeflöden för att ge optimal livslängd för adhesinet, ankringspunkten. Det ökar sannolikheten för att bindningen vid värdcellen ska bestå och medför högre risk för att en infektion initieras, säger Johan Zakrisson. Vi har även utvecklat en metod att med hjälp av en optisk pincett upptäcka närvaron av dessa pili hos bakterier.

Optiska pincetter är en pincett konstruerad enbart av laserljus som kan användas till att hålla i och manipulera till exempel bakterier. Optiska pincetter kan mäta och applicera extremt små krafter och har visat sig vara ett utmärkt verktyg för att undersöka och karaktärisera de mekaniska egenskaperna hos pili.

Om disputationen:

Fredagen den 23 oktober försvarar Johan Zakrisson, Institutionen för fysik, Umeå universitet, sin avhandling med titeln: The mechanics of adhesion polymers and their role in bacterial attachment. Svensk titel: Mekaniken hos adhesionspolymerer och dess roll i bakteriell vidhäftning. Disputationen äger rum kl 13:00 i N420, Naturvetarhuset. Fakultetsopponent: professor Kerstin Ramser, Institutionen för teknikvetenskap och matematik, Luleå tekniska universitet.

Johan Zakrisson är uppvuxen i Hälsingfors, Vindeln. Han är utbildad till civilingenjör i teknisk fysik på Umeå universitet, med inriktning mot fotonik. Han har utfört sin forskarutbildning på institutionen för fysik vid Umeå universitet.

Läs avhandlingen

För mer information, kontakta gärna:

Johan Zakrisson, doktorand vid Institutionen för fysik, Umeå universitet
Telefon: 070-396 70 71
E-post: johan.zakrisson@umu.se

Pressfoto för nedladdning