Hoe overleeft een grote verscheidenheid aan bacteriën - zowel pathogene als commensale - antimicrobiële stoffen die worden vrijgegeven door het aangeboren immuunsysteem van zoogdieren?

Het antwoord voor een van de antimicrobiële middelen:hypothiocyaniet/hypothiocyanaatzuur of OSCN ^– en HOSCN - is gerapporteerd door Michael Gray, Ph.D., en collega's door de ontdekking van een nieuwe rol voor een enzym in E. coli. Deze voorheen onbekende activiteit wordt ook aangetoond door homologe enzymen die worden aangetroffen in pathogene Streptococcus- en Staphylococcus-bacteriën en verschillende commensale darmmicroben.

"Tijdens een ontsteking geeft het menselijke immuunsysteem een ​​verscheidenheid aan reactieve en schadelijke antimicrobiële stoffen af ​​die bedoeld zijn om binnendringende ziekteverwekkers te bestrijden", zegt Gray, een assistent-professor aan de Universiteit van Alabama bij de afdeling Microbiologie van Birmingham. "Begrijpen hoe bacteriën deze krachtige oxidanten kunnen ontwijken, inclusief de hypohalous zuren zoals HOSCN, is cruciaal voor de menselijke gezondheid.

"Door de functie van het enzym RclA in het modelorganisme E. coli te identificeren - dat met name in staat is om te concurreren met commensale organismen en te gedijen in een ontstoken darm - hebben we de basis gelegd voor het begrijpen van bacteriële overleving en de relatie met het menselijke immuunsysteem op manieren die voorheen niet werden begrepen," zei Gray.

"E. coli gedijt vooral in de chronisch ontstoken omgeving die wordt aangetroffen bij patiënten met inflammatoire darmaandoeningen, en het is in staat om te concurreren met andere belangrijke commensale organismen en deze te ontgroeien, wat suggereert dat HOSCN een relevant antimicrobieel middel in de darm kan zijn, wat niet eerder is verkend," zei hij.

Van HOSCN is bekend dat het overvloedig aanwezig is in speeksel en luchtwegafscheidingen als een zeer specifiek antimicrobieel middel dat bijna onschadelijk is voor zoogdiercellen. Sommige microben, waaronder pathogenen, kunnen echter tijdens een ontsteking aan HOSCN-schade ontsnappen, waardoor voortdurende groei en zelfs ernstige ziekten mogelijk worden.

Rapportage in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences , leggen onderzoekers onder leiding van Gray en Frederick Stull, assistent-professor scheikunde aan de Western Michigan University, Kalamazoo, uit dat het E. coli flavoproteïne RclA HOSCN reduceert tot onschadelijk thiocyanaat met bijna perfecte katalytische efficiëntie, en deze extreem snelle activiteit beschermt E. coli sterk. tegen HOSCN-toxiciteit. HOSCN lijkt dus het fysiologisch relevante substraat voor RclA te zijn, zegt Gray, in plaats van het eerder beschreven vermogen om reactief chloor bescheiden te weerstaan.

De onderzoekers testten ook de homologe flavine-afhankelijke oxidoreductasen die worden gevonden in Streptococcus pneumonia, Staphylococcus aureus en in Bacteroides thetaiotaomicron. S. pneumonia en S. aureus zijn pathogenen waarvan bekend is dat ze weefsels koloniseren tijdens chronische ontstekingen, vooral in de longen, waar ze in contact zouden moeten komen met hoge concentraties HOSCN. B. thetaiotaomicron is een belangrijke menselijke darmcommensaal.

Hun drie flavine-afhankelijke oxidoreductasen - die 47 tot 49 procent aminozuursequentie-identiteit vertonen met E. coli RclA - werden gekloond in E. coli, waar ze allemaal krachtige activiteit vertoonden tegen HOSCN. De actieve plaatsen van RclA en de drie homologen vertonen een nauwe aminozuursequentie-identiteit.

HOSCN werkt door zwavelhoudende aminozuren in bacteriële eiwitten, met name cysteïne, snel te oxideren. Oxidoreductasen zoals RclA bevatten twee cysteïneresten op hun actieve plaats. Deze twee cysteïnes zijn vermoedelijk belangrijk voor de functie van het enzym, maar toch zijn ze een zeer waarschijnlijk doelwit voor HOSCN. De onderzoekers toonden aan dat elke actieve-site cysteïne in RclA nodig was voor de RclA-functie, en dat ze samenwerken om HOSCN snel te verminderen, met behulp van NAD(P)H.

"Misschien is onze meest opwindende bevinding dat homologen van RclA, inclusief van de darm commensale soorten B. thetaiotaomicron en Limosilactobacillus reuteri en van soorten die betrokken zijn bij ernstige longziekte, beschermen tegen HOSCN-schade in dezelfde mate als E. coli RclA," zei Gray. "Dit geeft aan dat een breed scala aan bacteriën, zowel commensaal als pathogeen, specifieke afweermechanismen kunnen hebben tegen HOSCN-stress. Meer informatie over de beschermingsomvang die dit enzym biedt aan pathogene soorten, zal ons betere kennis opleveren over mogelijk een breed scala aan ziekten, waaronder cystische fibrose, inflammatoire darmaandoeningen en mondziekten."

"Hoewel we het effect van dit enzym op gastheerkolonisatie in vivo nog niet direct hebben aangepakt, hebben we een belangrijke basis gelegd voor toekomstige studies met de gegevens die we hier hebben verzameld," zei Gray. + Verder verkennen

Gevarieerde functionaliteit van een enzym dat lipiden afbreekt