Bacteriën kopiëren menselijke eiwitten over
Opmerkelijk genoeg blijken antibiotica-resistente bacteriën eiwitten van menselijke gastheren op de een of andere manier over te kunnen kopiëren. Hetzelfde effect doet zich ook voor in dieren als ratten. Wat is hier aan de hand?
Merkwaardige gelijkenis tussen bacterie-eiwit en menselijk eiwit
Van verschillende ziekmakende bacteriën (die tot verschillende bacteriegeslachten horen) is vastgesteld dat hun genen meer dan 95% op elkaar lijken. Dat is abnormaal veel. Gewoonlijk lijken bacteriële eiwitten van die van evolutionair ver van elkaar staande bacteriegeslachten maar twintig tot dertig procent op elkaar. Kleine veranderingen kunnen al een enorme invloed hebben op de bacterie en het ziekmakende vermogen.
In dit onderzoek richtte onderzoekster Mia Champion de aandacht op o-methyltransferase, omdat dit enzym veel bij meerdere hoog-pathogene bacteriëstammen van Francisella tularensis voorkomt. Het gen dat o-methyltransferase beschrijft ligt dicht bij een DNA-eiland waar veel pathologische genen liggen. Verschillende o-methyltransferase subtypes zijn aanwezig in verschillende Francisella tularensis ondersoorten. Verwante eiwitfamilies werden aangetroffen in de zoogdiergastheren en ook in soorten ziekteverwekkende bacteriën die fylogenetsich (dus evolutionair) sterk verschillen van Francisella, zoals mycobacteriën.
De onderzoeksgegevens lijkt te wijzen op een vorm van moleculaire mimicry. Dit verschijnsel is ook in de bacteriën Legionella en Coxiella aangetroffen.
Is evolutie de oorzaak van deze opvallende gelijkenis?
Er zijn enkele mogelijke verklaringen. De eerste, verreweg waarschijnlijkste en ook door de onderzoekster gevolgd, is dat door evolutie de eiwitten in de bacteriën dezelfde bouw hebben gekregen als die in de gastheer. Hoe meer de eiwitten in de bacterie op die van de gastheer lijken, hoe minder agressief het immuunsysteem op de eiwitten zal reageren.Dit is een moleculaire vorm van mimicry. Mimicry komt bij veel soorten voorkomt. Zo zijn er orchideeën waarvan het vruchtbeginsel precies lijkt op een vrouwelijke vlieg, om zo mannelijke vliegen over te halen te paren (en de bloem te bevruchten). Dit is dus verreweg de waarschijnlijkste verklaring, zeker gezien de tientallen miljoenen jaren van co-evolutie tussen gastheer en bacterie.
Worden eiwitten reverse engineered door de bacterie?
Een tweede, erg vergezochte verklaring, die veel verder gaat en in strijd is met de heersende dogma’s in de biochemie, is dat de bacteriën op de een of andere manier in staat zijn de eiwitten te reverse engineeren. In theorie kan het. Eiwitten zijn net als genen strengen. Je zou een eiwit door een enzym aminozuur voor aminozuur kunnen laten afbreken, hier het juiste stuk t-RNA bij laten zoeken, aan de hand daarvan via baseparing een RNA-streng coderen en die met RNA transcriptase vertalen in DNA. Sporen van een dergelijk mechanisme zijn nog nooit gevonden. RNA transcriptase komt alleen bij bepaalde virussen voor. En in de vorm van telomeer RNA transcriptase, waarmee de telomeren, stukjes niet-coderend RNA aan het eind van celchromosomen, worden verlengd. Een nogal verregaande theorie die niet erg waarschijnlijk is. Wel zou dit mechanisme een missing link vormen bij het ontstaan van het vroegste leven, zeker als hier op de een of andere manier RNA transcriptase vormende virussen bij betrokken zijn.
Bronnen
1. Science Daily, Deadly Bacteria May Mimic Human Proteins to Evolve Antibiotic Resistance
2. Mia Champion, Host-Pathogen O-Methyltransferase Similarity and Its Specific Presence in Highly Virulent Strains of Francisella tularensis Suggests Molecular Mimicry, PlosOne (2011)