Badanie właściwości flotyliny mogącej wywoływać lekooporność bakterii
Model płynnej mozaiki błony komórkowej zaproponowany prawie pół wieku temu dość dobrze oddaje stan faktyczny. Obecnie wiemy jednak, że mozaika białek nie tworzy się na drodze biernej dyfuzji skutkującej jednorodną dyspersją. Powstaje ona w wyniku „akumulacji” niektórych lipidów i białek, które tworzą mikrodomeny zwane „tratwami lipidowymi” u eukariotów. Niedawno te struktury, określane jako funkcyjne mikrodomeny błonowe (ang. functional membrane microdomain, FMM), zidentyfikowano w komórkach prokariotycznych. Tratwy lipidowe pełnią w komórkach ważne funkcje związane z rolą białek, która z kolei zależy od integralności mikrodomen. Zaburzenia zachodzących w komórkach procesów są związane m.in. z chorobami neurodegeneracyjnymi i chorobą układu krążenia. Struktura tratw lipidowych nie została jeszcze szczegółowo opisana, a o budowie i funkcjach odpowiedników FMM w komórkach prokariotycznych wiadomo jeszcze mniej. Dzięki finansowanemu ze środków UE projektowi RaftsStruc oraz stypendium z działania „Maria Skłodowska-Curie” Marta Ukleja mogła zbadać strukturę FMM, potwierdzić ich istnienie i zbadać ich potencjalne funkcje.
Ciąg zależności
Ponad 10 lat temu Daniel Lopez, koordynator projektu RaftsStruc, jako pierwszy zidentyfikował FMM i wchodzące w ich skład lipidy. FMM komórek eukariotów zawierają flotylinę, białko występujące wyłącznie w tratwach lipidowych, co zwiększyło zainteresowanie tymi strukturami i ich funkcjami. W ciągu następnej dekady naukowcy z laboratorium Lopeza w Narodowym Centrum Biotechnologii (CNB-CSIC) odkrywali kolejne właściwości FMM. Jedną z nich jest był ważny związek między FMM, flotyliną i wielolekoopornym szczepem Staphylococcus aureus. Metycylinooporny szczep S. aureus (MRSA) wywołuje zagrażające życiu zakażenia w szpitalach na całym świecie. Pierwsze wzmianki o jego występowaniu odnotowano w ciągu kilku lat po upowszechnieniu stosowania penicyliny i powiązano go z białkiem 2a wiążącym penicylinę (PBP2a). PBP2a ma mniejsze powinowactwo do penicyliny i innych antybiotyków beta-laktamowych niż inne białka PBP. Zespół Lopeza wykazał, że flotylina odgrywa ważną rolę w tworzeniu FMM i polimeryzacji PBP2a oraz że zaburzenia w powstawaniu FMM zakłócają polimeryzację PBP2a i sprawiają, że MRSA przestaje być odporny na działanie antybiotyków. Elementy układanki tworzyły spójny obraz, ale brakowało ważnego elementu.
Metoda walki z wielolekoopornym gronkowcem
Ukleja dołączyła do laboratorium Lopeza w 2017 roku, aby zbadać strukturę 3D flotyliny i PBP2a za pomocą najnowocześniejszej mikroskopii krioelektronowej (cryoEM) oraz scharakteryzować interakcje między nimi. Biorąc pod uwagę niedostatek wiedzy na temat tych cząsteczek oraz pilną kwestię w zakresie zdrowia publicznego związaną ze zwalczaniem zakażeń MRSA, wszelkie nowe wyniki byłyby wartościowe, ale z potencjalnym wysokim zyskiem wiąże się duże ryzyko. „Z powodzeniem doprowadziliśmy do nadmiernej ekspresji flotyliny i PBP2a, a następnie oczyściliśmy je oraz przeprowadziliśmy badania strukturalne. Co ciekawe, zaobserwowaliśmy, że oczyszczone białko PBP2a o pełnej długości łańcucha jest dimerem, a nie monomerem, jak wcześniej sądzono. Ponadto podejrzewamy, że dimeryzacja jest procesem, który powoduje oporność na antybiotyki”, wyjaśnia Ukleja. Ukleja i Lopez opisali to przełomowe odkrycie oraz powiązane z nim postępy w badaniach w dwóch pracach naukowych. W pierwszej opisano dimeryzację PBP2a i jej wpływ na oporność na działanie antybiotyków, a w drugiej – strukturę cryoEM i funkcje innego białka łączącego się z flotyliną. W ramach uznania dla ogromnego postępu naukowego i wartości pracy uczonej Hiszpańska Krajowa Rada ds. Badań Naukowych dofinansowała dalsze prowadzone przez nią badania. Badania te mogą prowadzić do opracowania skutecznych metod walki z MRSA.
Słowa kluczowe
RaftsStruc, FMM, PBP2a, flotylina, tratwy lipidowe, MRSA, funkcyjne mikrodomeny błonowe, białko 2a wiążące penicylinę, metycylinooporny szczep S. aureus
