Cava har alltid varit fascinerad av mikrobernas förmåga att trivas i praktiskt taget vilken miljö som helst på jorden. De är några av jordens mest anpassningsbara organismer, och deras cellväggar både skyddar dem och gör dem sårbara.

– Deras anpassningsförmåga och överlevnadsförmåga är otrolig, vilket gör dem spännande att studera – och utmanande att bekämpa när de orsakar sjukdom, säger Felipe Cava.

För att förstå vad som gör bakterier svaga måste man först veta vad som gör dem starka. Felipe Cavas forskning utforskar hur bakteriers cellväggar, som fungerar som skyddande pansar, är avgörande för deras överlevnad och otroliga anpassningsförmåga.

– Cellväggen fungerar som ett exoskelett av bakterier – det ger dem struktur och skydd, men det är också deras mest sårbara punkt. Många av våra mest effektiva läkemedel, som penicilliner, riktar sig mot de enzymer som bygger, bryter ned eller omformar cellväggen. När dessa processer störs kollapsar bakterierna och dör. Det är därför cellväggen ofta kallas för deras akilleshäl – det är en kritisk svag punkt som den moderna medicinen har lärt sig att utnyttja, säger han.

Även efter decennier av forskning finns det mycket kvar att lära om hur cellväggen fungerar: Vilka gener dikterar dess struktur? Hur reagerar den på hot? Och hur anpassar sig bakterier när de utsätts för antibiotika?

– Tack vare nyare teknik börjar vi nu besvara några av de här frågorna, säger han.

Spjutspetsteknik

Genom att kombinera robotik och avancerade analysmetoder som ultrahögpresterande vätskekromatografi och masspektrometri studerar Cavas team cellväggarna med oöverträffad hastighet och detaljrikedom.

– Vi kan nu analysera hundratals prover på en enda dag för att lära oss om vilken roll varje enskild gen spelar i att forma cellväggarna hos flera bakteriearter, inklusive några av de viktigaste patogenerna. Vi avslöjar genetiska och kemiska faktorer som tidigare varit dolda för oss. Det är en game changer, säger Cava.

Spännande, nya upptäckter inkluderar identifieringen av flera nya syntetiska enzymer och transportörer av peptidoglykaner som spelar en nyckelroll för att upprätthålla cellväggen.

– Det här är avgörande upptäckter. Det öppnar dörrar för att utveckla nya och smartare antibiotika som riktar sig mot specifika bakterier och deras unika sårbarheter, säger Felipe Cava.

Bekämpning av antibiotikaresistenta bakterier

Resistens mot antibiotika är en av vår tids största medicinska utmaningar. När bakterier muterar för att undvika antibiotika förlorar behandlingen sin effekt, vilket kan förvandla behandlingsbara infektioner till livshotande tillstånd.

Det här är inte bara en kamp mot bakterier – det handlar om att värna vår framtid.

– Att förstå hur bakterier anpassar sina cellväggar är nyckeln till att ligga steget före och utveckla nya behandlingar, säger Cava.

Cavas arbete handlar inte bara om att bekämpa befintliga resistenta bakterier; han förbereder sig också för framtiden.

– Vi vill skapa en detaljerad "manual" som förklarar cellväggarnas struktur och förändringar – en karta som kan vägleda utvecklingen av nästa generations antibiotika och alternativa terapier. Den här informationen kommer att vara avgörande för att vi ska komma vidare i kampen mot bakteriella infektioner, säger han.

Anslagen från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse ska användas till att bryta ner de barriärer som gjort att forskarna inte fullt ut kunnat förstå hur bakteriers cellväggar fungerar på genetisk nivå och hur de kan anpassa sig till miljöförändringar.

Med hjälp av anslaget tar Cavas team nu itu med en långvarig utmaning inom mikrobiologin: att identifiera de nyckelaktörer som är involverade i att bygga och reglera bakteriella cellväggar. Deras senaste upptäckter tyder på att cellväggens funktion baseras på hundratals gener, varav många är outforskade.

Dessutom utvecklar teamet ny teknik för att generera databaser med information om cellväggarna hos många olika bakterier, inklusive de viktigaste patogenerna – mikrober som orsakar sjukdom.

– De här resurserna kommer vara tillgängliga för forskare över hela världen och kommer att hjälpa oss att förstå hur bakterier anpassar sig och utvecklar resistens. Genom att identifiera nya sårbarheter i cellväggarna öppnar vi upp för mer effektiva och precisa antibiotikabehandlingar – en viktig pusselbit i kampen mot antibiotikaresistens. Detta är en investering i framtidens infektionsterapi, säger Cava.

Globalt samarbete för att bekämpa ett gemensamt hot

Hans arbete banar väg för en ny disciplin: cellväggssystembiologi. Cava kombinerar genetik, biokemi och biofysik i hopp om att ge insikter som kan revolutionera både mikrobiologi och medicin.

Trots utmaningarna är Cava optimistisk inför framtiden.

– Med rätt verktyg och samarbete kan vi inte bara överlista bakterierna, vi kan också förändra det grundläggande sättet vi ser på antibiotika och infektionssjukdomar. Vi måste fortsätta att framgångsrikt kunna behandla infektioner, säger Cava och tillägger:

– Vetenskap handlar om att öppna dörrar. Vår forskning är bara början på något mycket större.

Text Elin Olsson
Foto Johan Gunséus