Koskiniemi labb

Målet med vår forskning är att förstå hur kontaktberoende hämning av bakterietillväxt (CDI efter engelskans contact-dependent growth inhibition) sker och varför dessa system finns hos bakteriella patogener. Vi tror att vi kan lära oss mycket om bakteriell biologi, ekologi och patogenecitet genom att fördjupa vår förståelse för bakteriella interaktioner.

Populärvetenskaplig presentation

Att antibiotikaresistens är ett stort problem i världen och att bakterier som är resistenta mot alla existerande antibiotika är på frammarsch råder det numera inget tvivel om, men den stora frågan är vad vi ska göra för att kunna fortsätta behandla livshotande infektioner i framtiden. Ett nytt sätt att behandla och förebygga bakteriella infektioner är att använda probiotiska bakterier, som är speciella bakterier som hjälper kroppen mot infektioner genom att motverka skadliga bakterier. Att probiotiska bakterier har klinisk effekt är ett etablerat faktum, men de underliggande mekanismerna för hur de faktiskt verkar är inte alltid helt klara.

Ett nyligen upptäckt system som bakterier använder för att stoppa tillväxten hos andra, konkurrerande bakterier är kontakt-beroende hämning av bakterietillväxt, eller CDI efter engelskans Contact-Dependent growth Inhibition. Dessa system är mycket speciella eftersom det kräver cell-cell kontakt mellan bakterierna för att tillväxten av mottagarbakterien ska stoppas. Dessutom begränsas tillväxthämningen till en viss typ av bakterier eftersom överlämning av den toxiska molekylen kräver artspecifika receptorer på ytan av mottagarcellen.

För att utveckla mer effektiva probiotiska bakterier för behandling av specifika infektioner avser vi att utrusta dessa bakterier med system som används för kontakt-beroende hämning av bakterietillväxt. Detta innebär att de redan tidigare välgörande bakterierna kommer att förvandlas till målsökande dödsmaskiner som specifikt riktar sig mot den sjukdomsorsakande bakterien i fråga.

Forskning

Kontaktberoende hämning av bakterietillväxt och användandet av dessa system för att skapa mer effektiva och specifika probiotika

Målet med min forskning är att förstå hur kontaktberoende hämning av bakterietillväxt (CDI efter engelskans contact-dependent growth inhibition) sker och varför dessa system finns hos bakteriella patogener. Jag tror att vi kan lära oss mycket om bakteriell biologi, ekologi och patogenecitet genom att fördjupa vår förståelse för bakteriella interaktioner. Om vi lär oss tillräckligt om dessa system så kan vi lära oss att utnyttja dessa till att förändra bakteriers beteende och tillväxt. I framtiden tror jag att vi kommer att kunna använda probiotiska bakterier beväpnade med CDI system till behandling av bakteriella infektioner i mag-tarm kanalen och urinvägarna samt inflammatoriska tarmsjukdomar.

Kontaktberoende hämning av bakterietillväxt är ett nyligen upptäck fenomen där bakterier med dessa system kan hämma tillväxten av andra bakterier via cell-cell kontakt. Det finns flera mekanismer som kan mediera CDI. Det först upptäckta systemet består av ett två-komponentsystem, CdiAB . CdiA är ett stort protein som levereras till cellytan av sin partner CdiB. På cellytan binder CdiA en artspecifik receptor på mottagarcellen och levererar sin C-terminala ände som innehåller den toxiska aktiviteten till mottagarcellen. För att skydda sig uttrycker celler med systemet ett litet anti-toxin som binder till toxinet och blockerar hämning av bakterietillväxt.

Bild: Model of CdiA-mediated Contact-dependent Growth Inhibition (CDI)

Det andra nyligen upptäckta CDI-systemet utnyttjar Rhs-proteiner till att stoppa tillväxten av andra bakterier via cell-cell kontakt. Till skillnad från CdiA som bara finns i Gram-negativa bakterier, återfinns Rhs i både Gram-negativa och Gram-positiva bakterier och homologer finns även i våra egna celler i form av tenuriner. Precis som hos CdiA så återfinns den toxiska aktiviteten i den C-terminala änden av Rhs-proteinerna. En annan likhet mellan CdiA och är Rhs-proteinerna är att det finns anti-toxin som skyddar mot självhämmning i celler som uttrycker Rhs-proteiner.

CDI systemen som använder sig av CdiA proteiner har några egenskaper som är mycket intressanta ur terapeutisk synvinkel. Bland annat är tillväxthämningen artspecifik och fungerar alltså bara på bakterier som uttrycker rätt sorts receptor. Detta innebär att probiotiska bakterier utrustade med CDI system skulle kunna riktas specifikt mot bakteriella patogener och behandling skulle kunna ske utan skador på normalfloran.