Forskere som leter etter nye måter å behandle bakterieinfeksjoner på, undersøker i økende grad bakteriofager – også kalt fager. Dette er virus som angriper bakterier, og som derfor kan drepe skadelige mikrober uten å skade menneskeceller.

Fager kan også virke mot bakterier som har utviklet resistens mot antibiotika. Fagbehandling har likevel en viktig utfordring: Bakterier er ikke forsvarsløse mot virus. De har utviklet egne immunsystemer, og en bedre forståelse av disse mekanismene kan gjøre det mulig å lage terapeutiske fager som omgår bakterienes beskyttelse.

Et dødelig forsvar

I en ny studie har forskere identifisert en viktig måte bakterier gjenkjenner et virusangrep på. De fant at et virusenzym kutter opp et sentralt sensormolekyl i bakteriecellen. Skaden fungerer som et alarmsignal og setter i gang en immunreaksjon.

Studien undersøker bakterienes immunsystem CBASS. Når systemet aktiveres, kan det utløse en ekstrem «siste utvei»-reaksjon: Den infiserte bakterien tar livet av seg selv før viruset rekker å spre seg til naboceller.

Fordi aktiveringen av dette forsvaret er dødelig for bakterien, må systemet kunne skille et reelt virusangrep fra ufarlige hendelser med høy presisjon.

«Dette er en av de vanligste formene for bakterieimmunitet, så da vi endelig forsto den, var det et ekte “eureka”-øyeblikk», sa Sam Hobbs, første­forfatter på studien og førsteamanuensis i biokjemi ved University of Utah Health.

Virusets protease utløser alarmen

Hobbs og kollegene fant at gjenkjennelsen bygger på noe viruset selv trenger. Enkelte fager produserer et enzym som fungerer som signal og varsler bakterien om angrepet.

«Enkelte typer fager har et protein som kalles en protease, og det bryter ned andre proteiner», forklarte Hobbs. «Vi fant ut at fagproteasen direkte påvirker et protein i vertscellen, og at dette er signalet som slår på hele signalveien.»

Proteaser er enzymer som bryter ned proteiner. I dette tilfellet blir virusets egen aktivitet dermed brukt som et kjennetegn på angrep: Når proteasen endrer bakterieproteinets struktur, oppfatter CBASS det som en alarm og setter i gang forsvarsreaksjonen.

Måten viruset oppdages på, skiller seg vesentlig fra andre beslektede antivirale immunsystemer. Noen av disse systemene gjenkjenner virus direkte ved å registrere arvestoffet deres. I CBASS er det i stedet virkningen av et virusprotein på et protein som tilhører bakterien, som utløser reaksjonen.

«Dette er en helt ny mekanisme for hvordan disse vertscelleproteinene aktiveres. Jeg hadde aldri forestilt meg at det skulle fungere akkurat slik», sa Hobbs.

Kan gi innsikt i menneskelig immunitet

Oppdagelsen utvider forståelsen av hvordan bakterier beskytter seg mot fager, men kan også bidra til kunnskap om menneskets immunforsvar. CBASS er knyttet til en immunologisk signalvei som finnes hos mennesker. Det tyder på at enkelte deler av dette antivirale forsvaret har blitt bevart gjennom en svært lang evolusjonsperiode.

Sammenhengen peker mot at signalveien har eksistert siden bakterier og mennesker hadde en felles stamfar. Bakterier gir samtidig forskere et nyttig eksperimentelt system for å undersøke grunnleggende spørsmål om immunitet. De raske livssyklusene gjør det mulig å studere immunprosesser raskt, før funnene testes i biologiske modeller som ligner mer på mennesker.

«At disse systemene er bevart i bakterier og mennesker, tyder på at de har blitt opprettholdt i ulike organismer gjennom hele denne evolusjonsveien», sa Hobbs. «Cellene forteller oss at dette er en svært viktig signalvei, siden de har bevart den i milliarder av år. Det er utrolig fascinerende og gir et godt innblikk i hva som kreves for å kunne bekjempe virus.»

Studien er publisert i tidsskriftet Science under tittelen «Phage proteases activate CBASS antiphage immunity». Forskningsarbeidet ble støttet av blant andre Pew Biomedical Scholars-programmet, Burroughs Wellcome Fund, G. Harold and Leila Y. Mathers Foundation, Cancer Research Institute, Parker Institute for Cancer Immunotherapy, Massachusetts Consortium on Pathogen Readiness og National Institutes of Healths National Institute of General Medical Sciences.

Forskerne opplyser at innholdet i studien er forfatternes eget ansvar og ikke nødvendigvis uttrykker National Institutes of Healths offisielle syn.