Publicerad: 2021-04-29 20:00 | Uppdaterad: 2021-04-29 20:55

Studie visar hur bakterier som orsakar hjärnhinneinflammation undgår immunförsvaret

Streptococcus pneumoniae bakterier infekterar hjärnceller.
Illustration: Getty Images

Forskare vid Karolinska Institutet har upptäckt en mekanism som bakterier som orsakar hjärnhinneinflammation kan använda för att undgå vårt immunsystem. I laboratorietester reagerade bakterierna Streptococcus pneumoniae och Haemophilus influenzae på ökade temperaturer genom att producera ett omslutande skydd som gjorde att de överlevde. Detta kan stärka deras försvar mot immunsystemet, säger forskarna. Resultatet har publicerats i tidskriften PLoS Pathogens.

Edmund Loh
Edmund Loh. Foto: Francesco Righetti

– Denna upptäckt bidrar till att öka vår förståelse för de mekanismer som dessa bakterier använder för att undvika vårt normala immunförsvar. Det kan vara en viktig pusselbit för att förstå hur dessa vanligtvis ofarliga bakterier plötsligt kan förvandlas till att orsaka potentiellt livsfarliga infektioner, säger studiens korresponderande författare Edmund Loh, forskare vid institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi vid Karolinska Institutet.

Vid hjärnhinneinflammation, som kan orsakas av virus, bakterier, svamp och parasiter, blir de mjuka hinnor som omsluter hjärnan och ryggmärgen inflammerade.

Bakteriell hjärnhinneinflammation är en av de allvarligaste formerna och en bidragande orsak till död och funktionsnedsättning hos barn globalt. Flera olika typer av bakterier kan orsaka infektionen, inklusive luftvägsbakterierna Streptococcus pneumoniae (också känt som pneumokocker) and Haemophilus influenzae, som tillsammans står för drygt 200 000 hjärnhinneinflammationsrelaterade dödsfall årligen.

Dessa två typer av bakterier finns ofta i näsa och hals hos friska personer som inte blir sjuka av dom. I vissa fall kan de dock sprida sig till blodomloppet och orsaka livsfarliga infektioner, men exakt hur och varför detta sker är i stort sett okänt.

Känner av temperaturförändringar

I den här studien ville forskarna undersöka kopplingen mellan temperaturförändringar och bakteriernas förmåga att överleva i en laboratoriemiljö. En tidigare studie har visat på en koppling mellan bakterien Neisseria meningitidis förmåga att känna av temperaturförändringar och invasiv meningokockinfektion.

Ett tecken på infektion är förhöjd temperatur eller feber, vilket vanligtvis hjälper immunsystemet att bekämpa sjukdom. I den här studien upptäckte dock forskarna att både S. pneumoniae och H. influenzae aktiverade ett starkare skydd mot attacker från immunsystemet när de utmanades med högre temperaturer.

Den underliggande mekanismen involverade fyra specifika så kallade RNA-termosensorer (RNATs), vilket är temperaturkänsliga icke-kodande RNA molekyler (RNA faktaruta nedan). Dessa RNATs hjälpte till att öka produktionen av omslutande kapslar och en viss sorts immunpåverkande proteiner (faktor H bindningsproteiner), som båda bidrar till att skydda bakterierna från immunsystemets attacker.

Bakteriell temperaturreglering
Inflammation i slemhinnan höjer temperaturen, vilket leder till ökat uttryck av skyddande kapslar och FH bindningsproteiner hos bakterierna S. pneumoniae, H. influenzae och N. meningitidis. Denna temperaturreglering gör det möjligt för bakterierna att undslippa immunförsvaret och kan öka deras överlevnadsförmåga. Illustration: Hannes Eichner.

Skyddande lager

Hannes Eichner
Hannes Eichner. Foto: Ulf Sirborn

– Våra resultat tyder på att dessa temperaturkänsliga RNATs skapar ett extra lager av skydd som hjälper bakterierna att kolonisera deras normala miljö i svalget. Våra analyser visade att dessa RNATs saknade genetiska likheter men att alla hade samma förmåga att känna av temperaturförändringar. Detta indikerar att de har utvecklats oberoende av varandra i förmågan att upptäckta temperatursignaler i svalget och därigenom undslippa immunsystemet, säger studiens försteförfattare Hannes Eichner, doktorand vid samma institution.

Mer forskning behövs för att förstå exakt vad det är som gör att dessa bakterier i vissa fall vandrar från slemhinnorna i näsa och hals till blodbanan och vidare in i hjärnan. Ett nästa steg kan, enligt forskarna, vara att undersöka vilken roll dessa RNATs spelar under bakteriell kolonisering och invasion i in vivo infektionsmodeller.

Forskningen har finansierats med stöd från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Stiftelsen för Strategisk Forskning, Vetenskapsrådet, Region Stockholm och Karolinska Institutet.

Fakta om RNA

  • RNA (ribonukleinsyra) är molekyler som har många olika funktioner i cellerna. Det finns flera sorters RNA, till exempel RNA som överför information om vilka proteiner ska bildas och RNA som reglerar uttryck av olika gener.
  • Icke-kodande RNA är molekyler som inte bidrar till att bilda protein. Det antas finnas tusentals av dem i det mänskliga genomet, inklusive många vars funktioner man ännu inte förstått. Vissa har kopplats till utvecklingen av sjukdomar såsom cancer och alzheimer.
  • Icke-kodande RNA i bakterier bidrar till att reglera flera fysiologiska processer. Exempelvis härstammar det Nobelprisbelönade CRISPR/Cas9 genredigeringsverktyget delvis från upptäckten av den icke-kodande RNA-molekylen, tracrRNA, vars funktion är att oskadliggöra virus genom att klippa sönder deras DNA.
  • KI-forskare har nyligen hittat totalt sju nya icke-kodande RNA molekyler, RNA-termosensorer, eller RNATs, som påverkar förmågan hos de hjärnhinneinflammationsorsakande bakterierna S. pneumoniae, H. influenzae och N. meningitidis att undslippa vårt normala immunförsvar.

Publikation

RNA thermosensors facilitate Streptococcus pneumoniae and Haemophilus influenzae immune evasion,” Hannes Eichner, Jens Karlsson, Laura Spelmink, Anuj Pathak, Lok-To Sham, Birgitta Henriques-Normark, Edmund Loh, PLoS Pathogens, online 29 april, 2021, doi: 10.1371/journal.ppat.1009513