Inzichten op atomair niveau in hoe bacteriële cellen veranderingen in hun omgeving detecteren en erop reageren, zijn onlangs ontdekt door onderzoekers van het Karolinska Institutet in Zweden. De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Structural &Molecular Biology, werpen licht op de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan cellulaire signaaltransductie en -aanpassing.

Signaaltransductie is een fundamenteel proces waarmee cellen externe stimuli kunnen waarnemen en erop kunnen reageren. Bij bacteriën is dit proces cruciaal voor overleving en aanpassing aan wisselende omgevingsomstandigheden. Het onderzoeksteam concentreerde zich op een specifiek type signaaltransductieroute dat bekend staat als het tweecomponentensysteem (TCS).

TCS's zijn samengesteld uit twee eiwitten:een sensoreiwit en een responsregulator. Het sensoreiwit bevindt zich op het celmembraan of in het cytoplasma en detecteert specifieke omgevingssignalen, zoals veranderingen in temperatuur, pH of beschikbaarheid van voedingsstoffen. Bij het waarnemen van het signaal ondergaat het sensoreiwit een conformationele verandering die de responsregulator activeert.

De responsregulator verandert vervolgens de expressie van specifieke genen, waardoor cellulaire reacties worden geactiveerd die geschikt zijn voor het gedetecteerde signaal. In hun onderzoek gebruikten de onderzoekers röntgenkristallografie om de atomaire structuur van een sensoreiwit uit de TCS van de bacterie Rhodobacter sphaeroides te bepalen.

Door de structuur te analyseren identificeerden ze een geconserveerd gebied in het eiwit dat essentieel is voor signaaldetectie. Dit gebied, dat de ‘transmissie-interface’ wordt genoemd, ondergaat conformationele veranderingen bij binding van het signaalmolecuul, waardoor de responsregulator wordt geactiveerd.

Deze bevinding vergroot ons begrip van TCS-gemedieerde signaaltransductie aanzienlijk en biedt een structureel raamwerk om te begrijpen hoe cellen omgevingssignalen vertalen naar specifieke cellulaire reacties. Deze kennis zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe strategieën voor het moduleren van bacterieel gedrag en mogelijk het bestrijden van antibioticaresistentie.