En dödlig stam av kolerabakterier som dök upp i Indonesien redan 1961 fortsätter att spridas brett fram till denna dag, och skördar tusentals liv runt om i världen varje år, vilket gör miljontals sjuka och med sin ihärdighet förbryllar forskare.
Slutligen, i en studie publicerad i Nature , har forskare från University of Texas i Austin upptäckt hur denna farliga stam har hållit ut under decennier.
Ett långvarigt mysterium om stammen av Vibrio cholerae (V. cholerae) som är ansvarig för den sjunde globala kolera-pandemin är hur denna härstamning har lyckats konkurrera ut andra patogena varianter. UT-teamet identifierade en unik egenhet hos immunsystemet som skyddar bakterierna från en nyckelfaktor bakom bakteriell evolution.
"Denna komponent av immunsystemet är unik för denna stam, och det har sannolikt gett den en extraordinär fördel gentemot andra V. Cholerae-linjer", säger Jack Bravo, en UT-postdoktor i molekylär biovetenskap och motsvarande författare på tidningen. "Det har också gjort det möjligt för den att försvara sig mot parasitära mobila genetiska element, vilket sannolikt har spelat en nyckelroll i ekologin och utvecklingen av denna stam och i slutändan bidragit till att denna pandemiska härstamning har lång livslängd."
Kolera och andra bakterier, som alla levande varelser, utvecklas genom en rad mutationer och anpassningar över tiden, vilket möjliggör ny utveckling i en föränderlig miljö, såsom antibiotikaresistens. Några av drivkrafterna bakom evolutionen i mikrober är ännu mindre DNA-strukturer som kallas plasmider som infekterar, existerar och replikerar inuti en bakterie på sätt som kan förändra bakteriellt DNA. Plasmider kan också använda energi och orsaka mutationer som är mindre fördelaktiga för bakterierna.
Genom en kombination av laboratorieanalys och kryo-elektron-mikroskopavbildning, identifierade forskargruppen ett unikt tvådelat försvarssystem som dessa bakterier har som i huvudsak förstör plasmider och på så sätt skyddar och bevarar bakteriestammen.
Världshälsoorganisationen uppskattar att kolera infekterar 1,3 miljoner till 4 miljoner människor per år och att mellan 21 000 och 143 000 dör årligen. Bakterien sprids vanligtvis genom förorenat vatten och mat eller kontakt med en smittad persons vätskor. Allvarliga fall kännetecknas av diarré, kräkningar och muskelkramper som kan leda till uttorkning, ibland dödligt. Utbrott förekommer mestadels i områden med dålig sanitet och dricksvatteninfrastruktur.
Även om det för närvarande finns ett vaccin för att bekämpa kolera, minskar skyddet mot svåra symtom efter bara tre månader. Med nya insatser som behövs, säger forskare att deras studie erbjuder en potentiell ny väg för läkemedelstillverkare att utforska.
"Detta unika försvarssystem kan vara ett mål för behandling eller förebyggande", säger David Taylor, docent i molekylär biovetenskap vid UT och en författare på tidningen. "Om vi kan ta bort det här försvaret kan det göra det sårbart, eller om vi kan vända tillbaka sitt eget immunsystem mot bakterierna, skulle det vara ett effektivt sätt att förstöra det."
Det försvarssystem som beskrivs i tidningen består av två delar som samverkar. Ett protein riktar in sig på plasmidernas DNA med anmärkningsvärd noggrannhet, och ett komplementärt enzym river sönder plasmidens DNA och lindar upp DNA:ts helix som rör sig i motsatta riktningar.
Forskare noterade att detta system också liknar några av CRISPR-Cascade-komplexen, som också är baserade på bakteriella immunsystem. CRISPR-upptäckten revolutionerade så småningom genredigeringsteknologier som har lett till massiva biomedicinska genombrott.
Delisa A. Ramos, Rodrigo Fregoso Ocampo och Caiden Ingram från UT var också författare till tidningen.
Mer information: Jack P.K. Bravo et al, Plasmidmålinriktning och destruktion av DdmDEs bakteriella försvarssystem, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07515-9
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av University of Texas i Austin
