Ny upptäckt – bakteriella ”bubblor” surfar till cellens yta

Anna Arnqvist är professor på Institutionen för medicinsk kemi och biofysik vid Umeå universitet.

BildMattias Pettersson

ökar förståelsen för hur bakterier och celler samspelar

– Detta är en mekanism som ökar förståelsen för hur bakterier och celler samspelar och i förlängningen hur vi förstår och bekämpar infektioner, säger Anna Arnqvist, professor på Institutionen för medicinsk kemi och biofysik vid Umeå universitet, som lett studien.

Drönare med leverans

Alla levande celler kan utsöndra nano-stora vätskefyllda strukturer som liknar ”bubblor”, så kallade vesiklar, Även bakterier frisätter sådana vesiklar och trots sin ringa storlek kan de bära med sig allt från toxiner till proteiner och DNA som påverkar hur den mottagande värdcellen reagerar.

Zia Ur Rehman, postdoktor i Anna Arnqvists grupp när studien gjordes. Han forskar numera vid  Kohat University i Pakistan.

Bildprivat

– Vesiklarna fungerar som budbärare mellan varandra och till celler ungefär som pyttesmå drönare som levererar sitt innehåll, förklarar Zia Ur Rehman, förstaförfattare. Han postdoktor på Institutionen för medicinsk kemi och biofysik vid Umeå universitet när studien utfördes.

Medan tidigare forskning har fokuserat på en bättre förståelse av hur celler tar upp vesiklar och vilka effekter de orsakar där, har det förblivit en obesvarad fråga hur vesiklarna når cellkroppens yta där upptaget sker.

Rör sig inte på måfå

Den nya studien visar att vesiklar nära värdceller inte bara driver omkring slumpmässigt. I stället liftar de på tunna, trådliknande utskott på cellens yta, så kallade filopodier.

Filopodierna, som är rika på aktinproteiner, spelar en viktig roll när celler rör sig, drar ihop sig eller känner av omgivningen. Anna Arnqvist och hennes kollegor upptäckte att vesiklarna utnyttjar filopodier antingen genom att "surfa" längs dem, ungefär som att glida nerför ett räcke, eller genom att aktivt dras med inåt när filopodierna drar ihop sig.

Detta transportsätt fångar effektivt upp vesiklarna från den omgivande miljön och flyttar dem från cellens ytterkant till cellkroppen, där de kan tas upp och därigenom leverera sitt innehåll till värdcellen.

Med hjälp av avancerade mikroskopitekniker med hög upplösning kunde forskarna i realtid observera vesiklar som interagerar med filopodier och till och med mäta deras hastighet när de surfade fram eller drogs inåt.

–  Hastigheten när de surfar framåt var igenomsnitt 1 nanometer per sekund. Då de dras inåt gick det fortare, i genomsnitt 30 nanometer per sekund vilket innebär att den rör sig ungefär sin egen längd på en till två sekunder, säger Zia Ur Rehman.

Universell strategi hos bakterier

– Viktigast av allt var att vi såg att vesiklarna använder samma transportmekanism oavsett vilken bakterie som vesiklarna kom ifrån eller vilken vävnad mottagande celler tillhörde. Det tyder på att det här är en universell strategi som bakterier använder sig av, säger Anna Arnqvist.

Eftersom vesiklar efterliknar ytan på sina moderbakterier och bär ett brett spektrum av molekyler, kan de påverka värdceller på många sätt. Förutom att leverera skadliga ämnen kan vesiklarna fungera som "lockbeten" för att skydda bakterier från attacker från immunsystemet.

Förebygga och behandla infektioner

Eftersom bakteriella vesiklar redan spelar en nyckelroll i infektionsbiologi inom sjukvården, till exempel som leveranssystem för läkemedel eller vacciner, ger denna studie viktig ny kunskap om den allra första kontakten med värdcellen.

– Vårt långsiktiga mål med forskningen är att förstå hur bakteriella vesiklar kapar värdceller och omsätta denna kunskap till nya metoder som kan förebygga eller behandla infektioner, säger Anna Arnqvist.

Studien har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Journal of Extracellular Vesicles. Den har finansierats av Cancerfonden. Analyserna genomfördes vid Biochemical Imaging Centre Umeå (BICU) and Umeå Centre for Electron Microcopy (UCEM) vid Umeå universitet.