In Gram-negatieve bacteriën, waaronder enkele van de meest verwoestende menselijke pathogenen, zijn tot nu toe slechts twee mechanismen voor de export van polysachariden geïdentificeerd. Nu heeft een Max Planck-onderzoeksteam onder leiding van Lotte Søgaard-Andersen een geheel nieuw derde mechanisme geïdentificeerd voor de manier waarop polysachariden worden geëxporteerd. Deze bevindingen, gepubliceerd in mBio , de weg vrijmaken voor een volledig begrip van de mechanismen die de bescherming, beweeglijkheid en interactie van veel bacteriële pathogenen mediëren.

Bacteriën gedijen niet alleen op suiker als koolstof- en energiebron, ze produceren en scheiden ook een grote verscheidenheid aan zogenaamde polysachariden af. Polysachariden zijn aaneenschakelingen van suikers en zijn de meest voorkomende biopolymeren op aarde. De lange suikerketens spelen een vitale rol in vrijlevende, commensale en pathogene bacteriën. Ze zijn ook cruciaal voor bacteriële bescherming, omdat ze de cellen beschermen tegen omgevingsstress zoals uitdroging, immuuneffectoren en roofdieren. Bovendien dragen hun adhesieve en structurele functies bij aan oppervlaktekolonisatie en biofilmvorming. Ze zijn ook belangrijk voor de succesvolle toepassing van antibacteriële vaccins. Ze bevatten dus de sleutels tot het begrijpen en beheersen van zowel heilzame als pathogene interacties tussen mens, dier en plant en microben. En last but not least worden polysachariden gebruikt in de voedings-, farmaceutische en medische industrie.

De export van polysachariden is een grote uitdaging omdat de moleculen chemisch divers en zeer groot zijn. In Gram-negatieve bacteriën zijn tot nu toe slechts twee mechanismen voor de export van polysachariden bekend:een buitenmembraan OPX-eiwit (in de zogenaamde Wzx/Wzy- en ABC-transporterafhankelijke routes), en een buitenmembraan β-barrel-eiwit (in de zogenaamde synthase-afhankelijke routes). Toch zijn er voorbeelden van routes die deze eenvoudige schema's niet lijken te volgen:met name in sommige Wzx/Wzy-routes was bekend dat -barrel-eiwitten van de buitenmembraan belangrijk zijn voor de export van polysachariden, bijvoorbeeld in Vibrio cholerae en Myxococcus xanthus , maar het exacte mechanisme was onduidelijk. Bovendien beschrijven andere studies korte OPX-eiwitten die het deel missen dat in het buitenmembraan integreert. Hier is het onduidelijk hoe deze eiwitten de export van polysachariden kunnen ondersteunen.

Een onderzoeksteam van het Max-Planck-Instituut voor Terrestrische Microbiologie onder leiding van Lotte Søgaard-Andersen kon nieuw licht werpen op deze vragen. Met behulp van experimenten en computationele structurele biologie leveren de wetenschappers bewijs voor een geheel nieuw mechanisme voor hoe bacteriën polysachariden door het buitenmembraan kunnen exporteren. Johannes Schwabe, een afgestudeerde student en hoofdauteur van de studie, en Dr. María Pérez-Burgos zeggen:"We begonnen met het nauwkeurig bekijken van de Wzx/Wzy-afhankelijke route voor de synthese van een uitgescheiden polysacharide genaamd EPS in M. xanthus."

Volgens de huidige kennis zou EPS over het buitenmembraan worden uitgescheiden door een OPX-eiwit dat in het membraan is geïntegreerd. De groep ontdekte echter dat een buitenmembraan β-barrel-eiwit genaamd EpsX ook belangrijk is voor EPS-export. "Toen ontdekten we, verrassend genoeg, een overeenkomstig periplasmatisch kort OPX-eiwit EpsY dat het deel om het buitenmembraan te overspannen volledig mist. Samen met Dr. Timo Glatter ontdekten we ook dat EpsX en EpsY een directe interactie hebben."

Op basis van hun waarnemingen en computationele structurele biologie stellen de wetenschappers voor dat EpsX en EpsY een nieuw type translocon vertegenwoordigen voor de export van polysachariden over het buitenmembraan, waarbij een β-barrel-eiwit expliciet functioneert als het buitenmembraan-overspannende deel in een bipartiete complex met een volledig periplasmatisch OPX-eiwit.

Volgens Lotte Søgaard-Andersen zou deze gedetailleerde kennis nieuwe manieren kunnen openen om pathogene bacteriën te bestrijden. Ze legt uit:"Marco Herfurth, een afgestudeerde student in mijn onderzoeksgroep, ontdekte met behulp van computationele genomica dat vergelijkbare samengestelde systemen wijdverbreid zijn in Gram-negatieve bacteriën.

"Dit nieuwe systeem legt bijvoorbeeld uit hoe V. cholerae zijn VPS-polysaccharide afscheidt, wat belangrijk is voor biofilmvorming en virulentie. Onze bevindingen hebben dus niet alleen significante implicaties voor ons begrip van de export van polysacchariden in M. xanthus, maar ook diepgaande implicaties voor ons begrip van de export van polysachariden in het algemeen in Gram-negatieve bacteriën." + Verder verkennen

Om door het beschermende schild van bacteriën te breken, richt je op de schildmaker