På grund av en egen anatomi är kvinnor särskilt benägna att drabbas av urinvägsinfektioner, och nästan hälften drabbas av en någon gång i livet.
Forskare har i årtionden försökt ta reda på hur bakterier får fotfäste hos annars friska människor, och undersökt allt från hur mikroberna rör sig inuti och fastnar på insidan av urinblåsan till hur de använder sina gifter för att ge obekväma och ofta smärtsamma symtom.
Forskning publicerad i PNAS undersöker hur bakterierna Escherichia coli, eller E. coli – som är ansvarig för de flesta urinvägsinfektioner – kan använda värdnäringsämnen för att reproducera sig i en utomordentligt snabb takt under infektion trots den nästan sterila miljön med färsk urin.
Utredare som arbetade i Harry Mobley, Ph.D.s labb vid University of Michigan Medical School började med att titta på mutantstammar som inte var lika bra på att replikera i musmodeller för att identifiera bakteriegener som kan vara viktiga för att etablera infektion.
Genom att göra det identifierade de en grupp gener som kontrollerar transportsystem som kritiska.
"När bakterier behöver något för att växa, säg en aminosyra, kan de få det på två sätt", förklarade Mobley, som är professor i mikrobiologi och immunologi vid Frederick G. Novy.
"De kan göra det själva, eller så kan de stjäla det från sin värd med vad vi kallar ett transportsystem."
Deras tidigare genuttrycksscreening avslöjade att nästan 25 % av bakteriegenerna var dedikerade till replikationstaktik inklusive transportsystem för specifika aminosyror, som E. coli använder för att få in tusentals molekyler per sekund, sa Mobley.
Första författaren Allyson Shea, Ph.D., en tidigare medlem av Mobleys labb och nu biträdande professor i mikrobiologi och immunologi vid University of South Alabama, korsrefererade ett bibliotek av transportproteiner från E. coli mot andra arter av UTI-patogener till se vilka som var viktiga för infektion. Hon upptäckte att en typ av transportörer som kallas ABC (för ATP-bindande kassett) transportörer verkade vara kritiska.
Med hjälp av organagar gjord från musens urinvägar bekräftade hon att ABC-transportörer var avgörande för infektion. Många bakteriestammar som saknade dessa näringsimportsystem var defekta för tillväxt på urinblåsa och njurorganagar.
"Det verkar som om bakterier gör en investering i dessa energidyra ATP-transportsystem för att ha en högre affinitet för de energikällor de är intresserade av", säger Shea.
"Dessa system är väldigt, väldigt bra på att få in näringsämnen i cellen."
Resultaten, konstaterar Mobley, öppnar vägar för utveckling av nya terapier – vilket är särskilt viktigt i en tid av ökande antibiotikaresistens.
"Om du hämmar dessa transportsystem, kanske du kan hämma den snabba tillväxten av dessa bakterier," sa han.
Att göra det kommer inte att vara lätt, konstaterar Shea, eftersom bakterier har utvecklat flera säkerhetskopieringssystem för denna viktiga klass av transportörer.
"Det som är trevligt med den här ATP-bindande familjen är att de alla har en ATP-bindande subenhet som ger transportsystemet den energi det behöver för att få näring genom cellmembranet."
Denna underenhet kan potentiellt vara ett mål för att göra hela familjen av transportörer dysfunktionella.
Även om detta inte nödvändigtvis skulle ersätta antibiotika, säger hon, kan det bromsa tillväxten så att antibiotika och värdens immunsystem kan göra ett bättre jobb med att stoppa insekterna.
Ytterligare författare inkluderar Valerie S. Forsyth, Jolie A. Stocki, Taylor J. Mitchell, Arwen E. Frick-Cheng, Sara N. Smith och Sicily L. Hardy.
Mer information: Allyson E. Shea et al, Emerging roles for ABC-transporters as virulens factors in uropathogenic Escherichia coli, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2310693121
Journalinformation: Proceedings of the National Academy of Sciences
Tillhandahålls av University of Michigan
