Bakteriegiftenes lumske angrep på tarmen

Matforgiftning kommer fra giftstoffer som lages av bakterier i maten. Nå vet forskerne mer om hvordan giften angriper celler i tarmen.

Publisert
B. cereus-stammen NVH 0075/95 produserer Nhe-toksin og er brukt i dette forskningsprosjektet. (Foto: Danh Phung)
B. cereus-stammen NVH 0075/95 produserer Nhe-toksin og er brukt i dette forskningsprosjektet. (Foto: Danh Phung)

Matforgiftning er fryktelig plagsomt. 

Forsker Danh Phung ved Norges veterinærhøgskole har funnet ut mer om hva som skjer inne i tarmen når vi får i oss giften. Når alle brikkene er på plass, kan vi forhåpentligvis få kontroll med visse typer matforgiftning.

Vanlige symptomer ved matforgiftning er oppkast og diaré, og årsaken er giftstoffer som produseres av bakterier som vokser i maten.

Bacillus cereus er en slik matforgiftningsbakterie som produserer flere giftstoffer. Bakterien finnes i miljøet rundt oss, blant annet i jord, og kan følge med grønnsaker som høstes inn.

Bakterien vokser best ved temperaturer mellom 28 og 35 grader C. Hvis den finnes i maten, har bakterien gode vekstforhold i mat som holdes varm ved temperatur under 60 grader, i mat som kjøles ned for langsomt og i mat som oppbevares ved romtemperatur over lengre tid.

Giftstoffene er livsnødvendig for bakterien

Det er to grunner til at bakterier produserer giftstoffer: for å forsvare seg og for å skaffe seg næring.

Krystaller av Nhe-protein (Foto: Danh Phung)
Krystaller av Nhe-protein (Foto: Danh Phung)

Bacillus cereus produserer poredannende giftstoffer. Disse angriper overflateceller i tarmen og lager hull i celleveggen slik at det lekker fra cellene som svulmer opp før de går i stykker og dør. Resultatet er diaré.

Omtrent en tredjedel av alle giftstoffer som produseres av bakterier er slike poredannere.

Vanligvis består poredannede giftstoffer av et protein, i noen tilfeller av to proteiner. Giftstoffer som er sammensatt av tre proteiner, 3-komponenttoksiner, er ytterst sjeldne. 

De Bacillus cereus-stammene som gir oss diaré, produserer hele to slike 3-komponenttoksiner.

Mange har forsket på disse giftstoffene uten å komme til bunns i hvordan de virker. Danh Phung har arbeidet videre med det kanskje viktigste B. cereus-toksinet, non-hemolytic enterotoxin (Nhe), og har avslørt mer av virkningsmekanismen.

- Vi vet nå at et av proteinene forandrer struktur når det kommer i kontakt med en celleoverflate og at det sannsynligvis forbereder grunnen for angrep fra de to andre proteinene, sier Phung.

– Og det ser ut til at de tre proteinene må virke sammen på en bestemt måte for at giftstoffet skal ha full effekt.

Bakteriens viktigste redskap

Nhe er trolig det viktigste giftstoffet B. cereus produserer. Alle stammer av bakterien som er påvist som årsak til matforgiftning, lager dette giftstoffet.

Nhe-toksinet består av de tre proteinene NheA, NheB og NheC.  I sitt doktorgradsarbeid har Phung studert de tre proteinene.

Han har fastslått den tredimensjonale oppbygningen av NheA, som ikke var kjent fra før, og har også påvist at dette proteinet kan binde seg til en celleoverflate slik som de to andre. Det var heller ikke kjent fra før.

Phung undersøkte hva som skjer når de tre proteinene kommer i kontakt med en cellemembran. Det han så, var at NheB-proteinet, som antagelig er det viktigste av de tre, forandret struktur når han satte det i kontakt med en kunstig cellemembran.

Flere NheB-proteiner slo seg da sammen og dannet en ring som besto av 14 – 17 NheB-molekyler.

- Det var bare NheB som laget slike ringstrukturer ved membrankontakt, ikke de to andre proteinene i komplekset, sier Phung.

Forbereder angrep

Funnene hans tyder på at NheB-proteinet gjennomgår disse forandringene for å legge forholdene til rette for å lage hull i celleveggen, en prosess som også involverer de to andre proteinene.

Hva som skjer videre i prosessen, vet han imidlertid ikke enda, men ringstrukturen ser ut til å være nødvendig for at de to andre proteinene kan sette inn støtet.

Tidligere forskning har vist at de tre proteinene i Nhe må binde seg til cellemembranen i en spesifikk rekkefølge for at giftstoffet skal virke optimalt.

Mest effektiv virkning av giften kommer når cellemembranen først utsettes for NheB alene og deretter for de to andre proteinene. Hvis membranen først kommer i kontakt med NheA eller NheC og deretter med NheB, virker giften dårlig.

- Det ser altså ut til at NheB-proteinet danner ringstruktur som forberedelse til et angrep fra de to andre proteinene i komplekset, sier Phung.

- Hva som skjer videre er fortsatt et mysterium og vi må forske mer på dette før vi kan forstå hele virkningsmekanismen. Men arbeidet mitt har ført oss nærmere en forståelse av hva som skjer når giftstoffer fra B. cereus angriper tarmen.

- Når vi en gang får den fulle oversikten, har vi også et grunnlag for utvikling av metoder som kan kontrollere matforgiftning med B. cereus, avslutter Phung. 

Doktorgradsarbeidet  hans er utført ved Norges veterinærhøgskole, i samarbeid med Sir Hans Krebs Institute ved University of Sheffield, UK.

Referanse:

Danh Phung: Structure and mode of action on the Nhe enterotoxin from Bacillus cereus”. Doktorgradsavhandling, Norges veterinærhøgskole, 2012.