Sirvi Autor "Varik, Vallo" järgi

Nüüd näidatakse 1 - 3 3

Role of the stringent response in antibiotic tolerance of Escherichia coli
(Tartu Ülikool, 2016) Alves Oliveira, Sofia Raquel; Hauryliuk, Vasili; Varik, Vallo; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
The stringent response is a near-universal bacterial adaptation system control mediated by accumulation of two guanine nucleotides ppGpp and pppGpp, collectively known as (p)ppGpp. The response monitors several environmental stress inputs, such as nutrient limitation and heat shock and remodels bacterial physiology in order to overcome the challenges. In Echerichia coli (p)ppGpp levels controlled by two enzymes – RelA and SpoT, the namesakes of RelA SpoT Homologue (RSH) protein family. The stringent response is associated to induction of virulence, antibiotic resistance and was recently suggested to be the driving force behind the formation of so-called persister cells – antibiotictolerant phenotypic variants in antibiotic-sensitive population. Since drug resistance and tolerance constitute a significant public health threat, understanding the connection amongst (p)ppGpp, antibiotic treatment and persistence is of great importance.
Stressitingimustel bakteri valgusünteesi moduleerivad valgud ja tmRNA
(2007-05-28T10:28:24Z) Varik, Vallo
Stringent response in bacterial growth and survival
(2017-09-05) Varik, Vallo; Tenson, Tanel, juhendaja; Hauryliuk, Vasili, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Bakterid peavad ellu jäämiseks pidevalt kohanema oma väliskeskkonnaga. Sobivates tingimustes kasvavad paljud bakteriliigid väga kiiresti. Kiire kasv iseenesest viib aga kasvutingimuste muutumiseni. Nüüd kohtame järgmist bakteritele iseloomulikku omadust — jaksu pikka aega elus püsida kasvuks mittesobivates tingimustes. Seejuures säilitavad nad olulise võime kiiresti taas kasvama hakata, kui keskkonnatingimused paranevad. Muutuvate keskkonnatingimustega kohanemiseks on bakteritel evolutsiooni käigus välja kujunenud hulganisti mehhanisme. Üks selline, keskne ja pea kõigis bakterites esinev mehhanism on poomisvastus. Poomisvastust kutsuvad esile järsud muutused keskkonnas, mis nõuavad kasvu aeglustumist, sageli peatub kasv esialgu täielikult, rakk kohaneb ja kui võimalik, jätkab kasvamist muutunud tingimustes paraja tempoga. Vähemaks reguleeritakse näiteks valgusünteesi masinavärk ning rohkemaks elus püsimise ja autonoomsuse tarbeks oluline — hulganisti kahjustuste eest kaitsevaid süsteeme ja tarvilikud anaboolsed protsessid. Poomisvastust orkestreerivad signaalmolekulid, guanosiin nukleotiidid pppGpp ja ppGpp, koondnimega (p)ppGpp. Nende nukleotiidide sünteesi eest vastutavad Escherichia coli-s kaks valku, RelA ja SpoT. Viimane neist hoolitseb ka selle eest, et (p)ppGpp-d oleks rakus parasjagu, s.t SpoT on kahefunktsionaalne, omab ka (p)ppGpp-d lagundavat aktiivsust. Mitmetes teistes bakterites (näiteks Bacillus subtilis) on poomisvastuse tarbeks vaid üks peamine kahefunktsionaalne ensüüm (RelBsu), aga ka hiljuti avastatud väikesed valgud, millest on veel vähe teada ja mis omavad kas sünteesi või hüdrolüüsi aktiivsust. Arvestades poomisvastuse ulatuslikku mõju bakteriraku füsioloogiale, ei tule vast üllatusena, et see protsess mõjutab bakterite võimet põhjustada haigust ja antibiootikumide võimet infektsiooni ravida. Antibiootikumide kasutamise algusaegadest peale pandi tähele, et sugugi mitte kõik bakterirakud ei sure baktereid tapva antibiootikumi toimel, üksikud bakterid jäävad ikka elama. Erinevalt antibiootikumi resistentsusest ei kasva sellised rakud antibiootikumi juuresolekul, nad lihtsalt taluvad, elavad üle, ja neid nimetatakse persistoriteks. Ka persistorite moodustumises on nähtud poomisvastuse rolli — kui suurem osa bakteritest kasvab jõudsalt, lülitub üksikutes siiski millegipärast sisse poomisvastus. Oletatakse, et persistorid võivad antibiootikumi kuuri lõppedes põhjustada haiguse taastekkimist. Haigusest jagu saamisel on aga antibiootikumiga võrdväärne roll kanda immuunsüsteemil, mis võiks ju jagu saada sellistest mittejagunevatest persistoritest. Samas on vähe teada selliste persistor-rakkude ja immuunsüsteemi vahelistest seostest, mida asutigi käesolevas töös kõigepealt uurima. Selgus, et nn kaasasündinud immuunsüsteem inimese vere seerumi komplemendi näol ei tapa sugugi kõiki uropatogeense E. coli rakke. Kui nüüd samaaegselt seerumile rakendati ka antibiootikumi töötlust, sõltus tulemus konkreetsest antibiootikumist. Ampitsilliini (rakukesta sünteesi inhibiitor) või amikatsiini (translatsiooni inhibiitor) lisamisel vähenes seerumis ellujäävate bakterirakkude hulk ühe-kahe suurusjärgu võrra, mis lubab oletada, et mõned rakud, mida seerum ei hävita, tapeti antibiootikumi poolt. Lisaks võimendas seerum amikatsiini toimet subinhibitoorsete kontsentratsioonide puhul. Norfloksatsiini (DNA replikatsiooni inhibiitor) lisamine seerumile ei põhjustanud mingit muutust ellu jäänud bakterirakkude arvukuses, mistõttu võib spekuleerida, et komplement ja norfloksatsiin tapavad ühesuguseid rakke. Uurimaks bakteripopulatsiooni võimaliku heterogeensuse mõju komplemendi süsteemi vahendatud tapmisele, analüüsiti järgmiseks bakterirakkude jagunemist üksikraku tasemel. Katsetulemused näitasid, et kuigi komplement tunneb ära kõik bakterirakud, ja suurem osa bakterirakkudest sureb, jäävad elama keskmisest oluliselt kiiremini kasvavad ja mittekasvavad rakud. Kui nüüd samal ajal rakendada antibiootikumi töötlust (ampitsilliini, amikatsiini või norfloksatsiiniga), jäävad alles vaid mittekasvavad rakud ning kiiremini kasvavad hävitatakse. Kuivõrd katsed seerumiga näitasid muuhulgas, et bakterite suremisel on positiivne korrelatsioon rakkude seerumis kasvama hakkamisega ja mittejagunevad rakud on kaitstud nii antibiootikumi toime kui komplemendi eest, uuriti järgmisena E. coli rakkude kasvama hakkamise regulatsiooni ja poomisvastuse rolli selles. Selgus, et rakud, kus puudub peamine poomisvastuse valk RelA (edaspidi ΔrelA tüvi), hakkavad soodsate kasvutingimuste saabudes kasvama neli tundi hiljem metsiktüüpi rakkudest, kui keskkonnas puuduvad aminohapped. Lisaks aminohapetele mõjutas kasvama hakkamist ka süsinikuallikas — ΔrelA tüvi toibus metsiktüüpi tüvest hiljem süsinikuallikana glükoosi sisaldaval söötmel, ent võrdväärselt glütseroolil kasvades. Selgus, et selline RelA funktsiooni puudumine ja toibumisdefekt võib mõjutada antibiootikumi toimet—ampitsilliin tappis glükoosil toibuvaid metsik-tüüpi rakke efektiivsemalt kui ΔrelA rakke. Mõnevõrra üllatuslikult elasid ΔrelA rakud paremini üle ka ampitsilliinitöötluse glütseroolil toibudes. Igatahes, teatud tingimuste korral võib poomisvastus olla vajalik rakkude kiiresti kasvama hakkamiseks, mis omakorda võib mõjutada antibiootikumi toimet neile rakkudele. Eelpool nägime, et poomisvastusel on roll bakterirakkude kasvama hakkamisel ja see mõjutab antibiootikumi toimet neile rakkudele. Tõsi küll, teatud üsnagi kitsastes tingimustes oli funktsionaalse poomisvastuse puudumine ampitsilliini toime üle elamiseks kasulik. Samas on küllaldaselt töid, mis näitavad, et poomisvastuse puudumise korral on vähenenud bakterite võime haigust põhjustada. Koos antibiootikumi resistentsuse hirmuäratava levikuga otsitakse seepärast ka spetsiifilisi poomisvastuse pärssijaid üsna palavikuliselt. Isegi kui neist ei ole peatset ja vahetut kasu meditsiinile, oleksid spetsiifilised inhibiitorid oluline töövahend bakteriraku füsioloogia uurimiseks. Sestap soovisime järgmiseks leida poomisvastuse inhibiitoreid. Neid otsiti keemiliste ühendite raamatukogust (17500 ühendit), kasutades testsüsteemina bakterit B. subtilis, sest ainete sisenemine rakku on gram-positiivsetel bakteritel hõlpsam kui gram-negatiivsetel. . Otsingu tulemusel leiti 17 uut antibakteriaalset ühendit, kahjuks polnud ükski neist piisavalt spetsiifiline poomisvastuse suhtes. Jääb üle vaid loota, et välja töötatud kõrge läbilaskevõimega poomisvastuse inhibiitorite testsüsteem annab positiivse tulemuse mõne teise keemiliselt sünteesitud ja/või loodusest isoleeritud ühendite raamatukogu puhul.