Visade är amyloidfibrer gjorda av en peptid som härrör från E. coli CsgA-proteinet. Kredit:The Chapman Lab
Konstgjorda höftimplantat, knäimplantat och katetrar är mottagliga för infektioner:bakterier som strömmar genom blodsystemet kan samlas på dessa främmande ytor och hungrar för att föröka sig.
Nu, University of Michigan forskare, i samarbete med The Scripps Research Institute, har funnit att ett protein som produceras i människokroppen skulle kunna bekämpa detta problem.
När bakterier samlas på en yta, de bildar ett skyddande lager som kallas "biofilm". Dessa biofilmer hålls samman av en byggnadsställning som består av ett protein som kallas "amyloid" som bakterierna själva producerar. Den bakteriella amyloiden liknar strukturen som knurrar nervceller i hjärnan hos personer med Alzheimers sjukdom, störa personens förmåga att bilda och återkalla minnen.
När det gäller bakterier på en protes, biofilmer skyddar kolonin av bakterier från dess miljö, inklusive från antibiotika som en läkare kan ordinera för att attackera infektionen. I en ny studie, forskarna fann att ett protein som produceras av människor som kallas transtyretin, eller TTR, kan undertrycka bildningen av amyloid och biofilm i E. coli, en vanlig bakteriestam som finns hos människor.
Laget, som inkluderar Matthew Chapman, U-M professor i molekylär, cellulär och utvecklingsbiologi; Joel Buxbaum, professor i molekylär medicin med TSRI; och huvudförfattare Neha Jain, en postdoktor i Chapman-labbet, publicerade sina resultat i Proceedings of the National Academy of Science .
Humant transtyretinprotein kan anta en aggregerad eller amyloidform under vissa förhållanden. Kredit:The Chapman Lab
"En av de viktigaste hälsokonsekvenserna för biofilmer är på katetrar. På vilken typ av enhet som helst som du försöker stoppa i en människa, en biofilm bildas, sade Chapman, U-M professor i molekylär, cellulär och utvecklingsbiologi. "Det här är en enorm, stort problem eftersom att ha kateteriserats i bara några dagar, bakterier kan bilda biofilmer på enheten, som kan leda till allvarliga infektioner."
Teamet studerade hur TTR interagerade med en stam av E. coli som finns i urinvägsinfektioner. I UVI, bakteriestammen sätter sig i urinblåsan, bildar biofilmgemenskaper. Bakterier i en biofilm omsluter sig i ett skikt av amyloidfibrer som hjälper till att skydda dem från stressorer i miljön. E. coli amyloider är sammansatta av ett protein som kallas CsgA.
När forskarna blandade renad TTR och CsgA, CsgA kunde inte göra skyddande amyloider. Att ta ner en bakteries nyckelförsvar mot dess omgivning kan göra det möjligt för kroppen att bekämpa infektionen mer effektivt.
"Det är lättare att bryta enskilda pinnar snarare än en bunt. På samma sätt, bakterieinfektioner kan hanteras mer effektivt om bakterier inte hålls samman i biofilmer, " Sa Jain. "Vi fann att TTR kan förhindra biofilmbildning i en uropatogen E. coli-stam såväl som andra bakteriestammar."
Buxbaum, som länge har studerat TTR, påpekade att under vissa förhållanden kan TTR själv bilda amyloidfibrer, och det kan vara denna förmåga som ger TTR de strukturella egenskaperna att avbryta amyloidbildning av andra proteiner, såsom CsgA.
Bekämpa eld med eld:Men, varianten av TTR som kan bilda polymerer, kallas M-TTR, kan hindra andra proteiner från att anta amyloidvecket. Här visas amyloidfibrer som härrör från bakteriella curliproteiner, och samma proteiner blandade med M-TTR. M-TTR förhindrar amyloidfiberaggregation av bakteriella curliproteiner. Kredit:The Chapman Lab
Ungefär en av 100 personer som får höft- eller knäproteser upplever en infektion, enligt American Academy of Orthopedic Surgeons. En studie från 2001 fann att 95 procent av urinvägsinfektioner hos kritiskt sjuka patienter spårades tillbaka till deras katetrar, medan 87 procent av blodomloppsinfektionerna kom från en inneboende vaskulär kateter och 86 procent av fallen av lunginflammation var associerade med en mekanisk ventilator.
"Det är möjligt att produkter härledda eller baserade på dessa proteininteraktioner kan minska detta problem inom medicin, att biofilmer bildas på många konstgjorda ytor implanterade i kroppen, "Buxbaum sa. "Tanken är att vi skulle kunna impregnera dessa ytor med detta protein så att de inte kan bilda dessa biofilmer och göra det lättare att behandla dessa infektioner med antibiotika."
Chapman och Buxbaum säger att implementeringen av detta kommer att kräva mer forskning, men flytten kan hjälpa till att förhindra infektioner på implantat samt antibiotikaresistens.
"Om du kunde rikta det motståndet, värden kanske kan ta bort infektionen, " sade Chapman. "Du kan också potentiellt ordinera lägre doser av antibiotika eller förkorta varaktigheten av antibiotikaanvändning, vilket allt skulle vara bra."
