Forskare avslöjar hur immunceller använder zink för att bekämpa infektioner – och utmanar gamla teorier

Professor Constantin Urban och postdoktor Nadeem Ullah på Institutionen för klinisk mikrobiologi vid Umeå univeristet har utfört studien tillsammans med forskare vid universitetet i Gent.

BildMattias Pettersson

Våra resultat avslöjar den känsliga balansen av spårmetaller i immunsystemet

– Vi visar att immunceller dränerar mikrober på zink, vilket gör dem mer sårbara. Samtidigt påverkas neutrofilernas förmåga att döda mikrober tydligt av hur mycket zink som finns tillgängligt. Våra resultat avslöjar den känsliga balansen av spårmetaller i immunsystemet, säger Constantin Urban, professor vid institutionen för klinisk mikrobiologi vid Umeå universitet.

Neutrofiler är specialiserade immunceller som snabbt reagerar på infektioner genom att fånga och bryta ner mikrober – en process som kallas fagocytos. Under fagocytosen omsluter cellen mikroben med sitt membran och bildar en vätskefylld blåsa, en fagosom, där mikroben bryts ner.

Intensiv kamp om spårmetaller

Spårmetaller som zink, koppar och mangan är livsviktiga för alla levande organismer, från djur till mikrober. Under en infektion sker en intensiv kamp om dessa metaller, där både sjukdomsframkallande mikrober och kroppens immunförsvar försöker få tillgång till dem. Detta fenomen kallas "näringsberoende immunförsvar".

Hittills har det varit osäkert om neutrofiler kan extrahera zinkjoner från mikrober inuti fagosomen. Den rådande hypotetiska modellen antyder att neutrofiler förgiftar mikrober genom att pumpa in överskott av zink i fagosomen.  

För att söka svar på frågan använde Constantin Urban och hans medarbetare avancerad kemisk avbildningsteknik i hög upplösning för att följa fördelningen av zink i realtid i neutrofiler under fagocytosen. I studien användes den vanliga modellorganismen Saccharomyces cerevisiae – jäst.

Överraskande nog visade deras data att den rådande teorin inte stämmer.

Jästceller färgade med FluoZin-3 AM, en slående grön fluorescens registrerades vid 40X förstoring med Agilent BioTek Cytation 5. Denna visualisering belyser zinkfördelningen inuti celler och belyser hur essentiella spåmetaller som zink formar cellbiologin.

BildMattias Pettersson

– Vi kan visa att förflyttningen av zink koordineras av neutrofilerna, som dynamiskt reglerar tillgängligheten av zink i fagosomen, säger Nadeem Ullah, postdoktor på Institutionen för klinisk mikrobiologi vid Umeå universitet.

Reglerad balans

Studien visar att zinknivåerna påverkar neutrofilernas effektivitet. När zinknivåerna var låga dödades jästcellerna mer effektivt, medan höga zinknivåer i den fagocyterade jästcellen försämrade neutrofilernas förmåga att bekämpa mikrober avsevärt. Detta understryker vikten av en noggrant reglerad balans av spårmetaller för ett starkt immunsvar.

– Våra resultat öppnar upp för nya sätt att stärka immunförsvaret, säger Nadeem Ullah. Genom att justera zinknivåerna skulle vi kunna hjälpa neutrofiler att bekämpa infektioner mer effektivt. Att förstå hur metaller, särskilt zink, påverkar immunceller kan leda till nya behandlingar för infektioner och tillstånd där immunfunktionen är försvagad.

Forskargruppen planerar nu att gå vidare med studier som fokuserar på de molekylära mekanismerna bakom zinkmobiliseringen.

– I kommande projekt vill vi identifiera de membrantransportörer som styr flödet av zinkjoner mellan fagosomen och mikroben, säger Constantin Urban.