Så snart det fødevarebårne patogen Vibrio parahaemolyticus inficerer en menneskelig tarmcelle, planlægger bakterierne allerede deres flugt. Når alt kommer til alt, når den først er inde og formerer sig, skal bakterien finde en vej ud for at inficere nye celler.
Nu har UT Southwestern-forskere opdaget den overraskende rute, som V. parahaemolyticus tager under denne udgang - eller udgang - fra celler. Bakterierne, rapporterer de i tidsskriftet eLife, ændrer gradvist kolesterol fundet i en celles plasmamembran og svækker til sidst membranen nok, så den kan bryde igennem.
"Jo mere vi forstår, hvordan bakterier manipulerer værtsceller på molekylært niveau, jo mere forstår vi, hvordan de forårsager sygdom," siger studieleder Kim Orth, Ph. D., professor i molekylærbiologi og biokemi ved UTSW og en efterforsker fra Howard Hughes Medical Institute. "Bakterier har mange forskellige mekanismer til at undslippe, men dette skilte sig ud, fordi det er en særlig ny."
Vibrio-bakterier findes i varmt havvand, og mennesker bliver inficeret ved at spise rå skaldyr såsom østers. Omkring et dusin forskellige arter af Vibrio kan forårsage menneskers sygdom; V. parahaemolyticus er den mest almindelige i USA og fører til madforgiftningssymptomer - diarré, kramper, kvalme og opkastning.
For omkring et årti siden afslørede Orths gruppe første gang, hvordan V. parahaemolyticus inficerer menneskelige tarmceller. Vibrio, viste de, bruger et almindeligt bakteriesystem kendt som type 3-sekretionssystem 2 (T3SS2) til at invadere celler og begynde at replikere. T3SS2 er sammensat af et stort kompleks af proteiner, der danner en nål, der kan sprøjte molekyler ind i en menneskelig celle, lokke cellen til at optage bakterierne og blokere enhver potentiel immunrespons.
"Vi begyndte at få en god forståelse af, hvordan dette patogen kommer ind i celler og opretholder en eksistens," siger Orth. "Vi antog, at den også brugte komponenter af T3SS2 til at komme ud af cellerne igen."
Men da Orth og hendes kolleger begyndte at studere udgangen af V. parahaemolyticus ud af menneskelige celler, så T3SS2 ikke ud til at spille en rolle. Heller ikke en række andre kendte udgangsmekanismer, som bakterier bruger. Endelig foreslog Marcela de Souza Santos - en tidligere assisterende professor i molekylærbiologi ved UTSW og med-førsteforfatter af undersøgelsen - at de skulle søge V. parahaemolyticus-genomet for proteiner kendt som lipaser, som kan nedbryde de fede molekyler, der udgør cellulære membraner.
Orths team identificerede en lipase kendt som VPA0226 og troede, de havde fundet deres svar, forudsat at lipasen fordøjede membranerne i menneskelige celler. Men de ventede sig endnu en overraskelse. Da de sporede aktiviteten af lipasen, opdagede de, at den i stedet var på vej mod cellernes mitokondrier, hvor den modificerede membrankolesterolmolekyler. I løbet af syv til otte timer, når disse kolesterolmolekyler modificeres, bliver cellemembranen svag. På dette tidspunkt har V. parahaemolyticus formeret sig - fra en eller to bakterier til omkring 500 - og alle kopierne kan undslippe gennem den svækkede membran.
"Dette er den eneste rapport, vi kender til, hvor en bakterie bruger denne form for T2SS-lipase til at komme ud fra en værtscelle, der blev invaderet på en T3SS2-afhængig måde," siger Suneeta Chimalapati, Ph. D., en forsker. videnskabsmand i Orth-laboratoriet og medførsteforfatter af undersøgelsen.
For at bekræfte rollen som VPA0226 testede de Souza Santos og Chimalapati, hvad der skete, da V. parahaemolyticus fuldstændig manglede lipasen. Faktisk invaderede bakterierne med succes menneskelige celler og begyndte at replikere, men forblev fast inde i de oprindelige celler. Til sidst døde værtscellerne - proppet fulde af bakterier - sammen med alle V. parahaemolyticus.
Den nye observation vil sandsynligvis ikke have nogen umiddelbare terapeutiske implikationer, siger forskerne; V. parahaemolyticus forsvinder norm alt af sig selv uden behandling. Men det hjælper med at kaste lys over, hvordan bakterier udvikler udgangsmekanismer og vigtigheden af at se ud over kendte sekretionssystemer, når man tænker på de vigtige molekyler, der bruges af bakterielle patogener.
"Vi havde virkelig tunnelsyn og troede, at T3SS2 dominerede alt, hvad Vibrio gjorde, men dette viser, hvor mange andre værktøjer, den har ved hånden til at bruge til sin patogenese," siger Orth, der har Earl A. Forsythe-stolen i biomedicinsk uddannelse. Videnskab og er en W. W. Caruth, Jr. Stipendiat i biomedicinsk forskning. Hun blev for nylig valgt til National Academy of Sciences.
Andre UTSW-forskere, der bidrog til denne undersøgelse, var Alexander Lafrance, Ann Ray, Wan-Ru Lee, Giomar Rivera-Cancel, Goncalo Vale, Krzysztof Pawlowski, Matthew Mitsche, Jeffrey McDonald og Jen Liou.
