Naukowcy odkryli biologiczny przełącznik odpowiedzialny za wirulencję bakterii Leptospira

Naukowcy z Universität Basel odkryli mechanizm molekularny, który pozwala bakteriom Leptospira aktywować geny odpowiedzialne za wywoływanie choroby. Badanie opublikowane w „Nature Communications” pokazuje, jak białko LvrB działa niczym biologiczny przełącznik uruchamiający wirulencję patogenu. Odkrycie może otworzyć drogę do nowych terapii ograniczających zakażenia bez konieczności bezpośredniego zabijania bakterii, co potencjalnie zmniejszyłoby ryzyko narastania antybiotykooporności.

W artykule

• Rosnące zagrożenie leptospirozą na świecie
• Rola bakterii Leptospira w wywoływaniu choroby
• Jak działa białko LvrB kontrolujące wirulencję
• Odkrycie mechanizmu aktywacji patogenu
• Znaczenie wyników dla nowych terapii przeciwdrobnoustrojowych
• Możliwe zastosowania odkrycia w medycynie i ochronie roślin

Od końca XX wieku obserwuje się wzrost liczby chorób odzwierzęcych, czyli zoonoz. Jedną z nich, coraz częściej występującą również w związku ze zmianami klimatycznymi, jest leptospiroza. Choroba ta odpowiada globalnie za około milion ciężkich przypadków rocznie, a szacunkowo nawet 60 tysięcy osób umiera z jej powodu każdego roku. Szczególnie poważny problem stanowi w regionach o ograniczonych zasobach medycznych, jednak przypadki zakażeń pojawiają się także w Szwajcarii.

Leptospiroza wywoływana jest przez bakterie z rodzaju Leptospira. Do zakażenia człowieka dochodzi najczęściej poprzez kontakt z zanieczyszczoną wodą lub skażoną glebą. Jeżeli infekcja nie zostanie odpowiednio wcześnie leczona antybiotykami, może prowadzić do ciężkiej niewydolności narządowej zagrażającej życiu.

Po przedostaniu się do organizmu bakterie aktywują tak zwane czynniki wirulencji, które umożliwiają im przetrwanie oraz namnażanie się w organizmie gospodarza. Proces ten kontrolowany jest przez białko LvrB. Dopiero po jego aktywacji bakterie uzyskują pełny potencjał chorobotwórczy.

Od formy nieaktywnej do aktywnej

Dotychczas nie było wiadomo, w jaki sposób dokładnie dochodzi do aktywacji białka LvrB. Zespół kierowany przez prof. Sebastiana Hillera z Biozentrum Universität Basel opublikował jednak w czasopiśmie Nature Communications wyniki badań, które pozwoliły określić trójwymiarową strukturę białka oraz szczegółowy mechanizm jego działania.

– Rozumiemy teraz na poziomie atomowym, jak działa ten molekularny przełącznik i w jaki sposób zostaje aktywowany. Co jeszcze ważniejsze, odkryliśmy ogólny mechanizm aktywacji, który dotyczy wielu innych białek bakteryjnych – powiedział prof. Sebastian Hiller.

Badacz podkreśla również znaczenie odkrycia dla opracowywania nowych leków. Gdyby udało się trwale utrzymać LvrB w stanie nieaktywnym, możliwe byłoby uniemożliwienie patogenowi przełączenia się w stan wirulentny, czyli zdolny do wywoływania ciężkiej choroby.

Zablokowane i nieaktywne

LvrB stanowi element systemu komunikacyjnego regulującego aktywność setek genów związanych z wirulencją bakterii, czyli ich zdolnością do wywoływania choroby.

– W stanie wyłączonym LvrB pozostaje unieruchomione w symetrycznej, a tym samym nieaktywnej formie, która nie może aktywować czynników wirulencji – wyjaśnia Elia Agustoni, pierwszy autor publikacji. – Taka pozycja „wyłączona” zapobiega niepotrzebnej produkcji czynników wirulencji wtedy, gdy bakteria znajduje się poza organizmem gospodarza.

Mechanizm ten pozwala patogenowi oszczędzać energię oraz unikać aktywacji kosztownych procesów biologicznych w środowisku zewnętrznym.

Aktywacja i przełączenie w tryb „niebezpieczny”

Sygnały pochodzące od gospodarza inicjują kaskadę reakcji prowadzącą do chemicznej modyfikacji LvrB. Powoduje to reorganizację struktury przestrzennej białka.

– LvrB zmienia swój kształt, dochodzi do przerwania symetrii, co prowadzi do aktywacji białka – tłumaczy Agustoni. – W stanie aktywnym LvrB przekazuje sygnał do współpracującego z nim białka partnerskiego, które również udało się zidentyfikować badaczom.

Oba białka wspólnie aktywują geny wirulencji umożliwiające bakteriom Leptospira namnażanie się i rozprzestrzenianie w organizmie.

Znaczenie dla leczenia chorób zakaźnych

Naukowcy przypuszczają, że związki utrzymujące LvrB lub podobne białka w stanie nieaktywnym mogą stanowić obiecującą strategię terapeutyczną. Takie podejście mogłoby osłabiać wirulencję patogenów bez konieczności ich bezpośredniego niszczenia.

Może to mieć bardzo istotne znaczenie w kontekście narastającej antybiotykooporności. Terapie ukierunkowane na hamowanie wirulencji wywierają bowiem mniejszą presję selekcyjną niż klasyczne antybiotyki, co potencjalnie ogranicza rozwój oporności drobnoustrojów.

Znaczenie wykraczające poza leptospirozę

Autorzy badania podkreślają, że odkryty mechanizm aktywacji LvrB ma znaczenie znacznie szersze niż samo zrozumienie leptospirozy. Dotyczy on bowiem licznych podobnych systemów sygnalizacyjnych obecnych u bakterii chorobotwórczych infekujących ludzi, zwierzęta oraz rośliny.

– Nasze wyniki umożliwiają badanie wielu dotąd nieznanych procesów komórkowych – zaznacza prof. Hiller. – Mogą także wspierać rozwój nowych antybiotyków i agrochemikaliów, na przykład środków ochrony roślin.

Odkrycie zespołu z Basel pokazuje, jak precyzyjne poznanie molekularnych mechanizmów działania patogenów może prowadzić do opracowania całkowicie nowych strategii walki z chorobami zakaźnymi.

Źródło: Nature Communications, Activation mechanism of the full-length histidine kinase LvrB from pathogenic Leptospira
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-71783-4