Under 2017, cirka 10 miljoner människor led av tuberkulos och 1,6 miljoner dog av sjukdomen. En anledning till att infektion med Mycobacterium tuberculosis är så svår att behandla är att bakterierna kan gömma sig inuti immunceller. Forskare vid universitetet i Groningen, tillsammans med ett team från avdelningen för reumatologi, immunologi och allergi under ledning av professor D. Branch Moody vid Harvard Medical School och flera andra kollegor, har nu upptäckt en nyckelmekanism i bakterierna som hindrar immuncellerna från att döda dem:bakterierna producerar en unik typ av antacida som ger immuncellerna matsmältningsbesvär. Resultaten publicerades i Naturens kemiska biologi den 19 augusti 2019.

Invaderande bakterier slukas upp av immunceller som kallas makrofager. De kapslar in inkräktarna i en fagosom, en vesikel som sedan smälter samman med en annan vesikel full av enzymer, lysosomen. Efter denna sammansmältning, enzymerna bryter ner bakterierna. Men inte i fallet med Mycobacterium tuberculosis:"De kan överleva i åratal inuti en makrofag, där antibiotika knappt kan nå dem, " förklarar University of Groningen kemist Jeffrey Buter, tidningens första författare. Han har arbetat i flera år med tuberkulos i Groningen under ledning av professor Adri Minnaard, såväl som vid Harvard Medical School, under ledning av professor David Branch Moody. Båda handledare är gemensamma huvudförfattare till den nya artikeln.

Virulens

I en tidigare studie publicerad 2014, teamet identifierade lipider som fanns i M. tuberculosis men inte i M. bovis, en bakterie som är mycket mindre virulent. De lipider som är specifika för M. tuberculosis kan spela en roll vid virulens. Verkligen, en viktig kandidat hittades och identifierades som 1-tuberkulosnyladenosin (1-TbAd), ett adenosin modifierat genom att en lipid fästs i 1-positionen. "En sådan modifiering är extremt sällsynt i naturen, säger Buter, "Ändå producerar och frigör M. tuberculosis en relativt stor mängd av denna förening."

Två enzymer som är kritiska för produktionen av 1-TbAd identifierades, men mekanismen genom vilken denna molekyl hjälpte tuberkulosbakterien att överleva förblev ett mysterium. "Sedan, vi hittade forskning utförd av en annan grupp 2004, där det visades att fusionen av fagosomen och lysosomen blockerades på grund av dessa enzymer. Eftersom fagosomen måste vara sur för fusion, detta ledde oss till hypotesen att 1-TbAd spelade en roll för att förhindra försurning av fagosomen."

Antacida

'1-TbAd är en svag syra och i jämvikt med sin grundläggande motsvarighet, " fortsätter Buter. "I den sura miljön i fagosomen, denna bas kommer att minska surheten." Detta fynd antydde att molekylen fungerar som en antacida och förhindrar fagosomen från att nå den nivå av surhet som krävs för att smälta samman med lysosomen.

Gruppen utförde en serie experiment för att utesluta möjligheten att adenosinföreningen verkade genom en receptor. Resultaten bekräftade att 1-TbAd verkligen fungerar genom att direkt minska surheten. Buter syntetiserade olika varianter av molekylen för att avgöra vilka delar av molekylen som var avgörande för dess funktion. "Lipiddelen behövs för att passera membranen och komma in i fagosomer och lysosomer, säger Buter.

Malaria

Mikroskopistudier utförda i Nicole van der Wels labb vid Amsterdam UMC avslöjar att om man exponerar makrofager för 1-TbAd får deras lysosomer att svälla upp till fem gånger sin normala storlek. Tester med makrofager infekterade med M. tuberculosis visar att fagosomer endast sväller signifikant i närvaro av enzymet Rv3378c som behövs för att producera 1-TbAd. "Det finns flera mekanismer som hindrar makrofagerna från att döda M. tuberculosis, men vi upptäckte vad som verkar vara en nyckelmekanism för bakteriell överlevnad."

Intressant, mekanismen genom vilken 1-TbAd fungerar är densamma som hur klorokin dödar malariaparasiten. "Detta läkemedel blockerar funktionen hos parasitens lysosomer." Det tyder på att 1-TbAd skulle kunna användas som ett läkemedel mot malaria. "Men också, inriktning på produktionen av 1-TbAd kan döda M. tuberculosis inuti makrofagerna. Enzymet Rv3378c skulle vara ett intressant mål för läkemedelsupptäckt, eftersom enzymet är unikt för tuberkulosbakterien."