Forscher untersuchen die Rolle von Sulfiden bei der aeroben/anaeroben Umschaltung in Bakterien

Die Bakterien in unserem Darmtrakt spielen viele wichtige Rollen bei der Aufrechterhaltung unserer Gesundheit und unseres Stoffwechsels. Es ist daher sehr wichtig, diese Organismen glücklich zu halten und ein gutes Gleichgewicht zwischen den Arten zu finden, um gesund zu bleiben. Viele dieser Bakterien verfügen über spezielle Mechanismen, mit denen sie je nach Umgebung von aerober Atmung (mit Sauerstoff) auf anaerobe Atmung (ohne Sauerstoff) umschalten können.

Dieser eigentümliche Schaltvorgang ist auch an anderen Funktionen beteiligt, wie etwa der Erhöhung der Antibiotikatoleranz und dem Schutz der Zelle vor reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), einer Familie potenziell schädlicher freier Radikale. Interessanterweise beeinflussen auch kleine schwefelhaltige Moleküle, sogenannte Sulfide, diesen Schaltvorgang. Bakterien scheinen Wege entwickelt zu haben, um den Gehalt an Schwefelwasserstoff (H2S) zu erkennen und ihren Stoffwechsel entsprechend anzupassen. Wie genau sie dies tun, ist jedoch nicht gut verstanden.

Um diese Wissenslücke zu schließen, konzentrierte sich ein Forschungsteam, dem Associate Professor Shinji Masuda vom Tokyo Institute of Technology, Japan angehörte, kürzlich auf YgaV, einen Transkriptionsfaktor, der im Darmbakterium Escherichia coli vorkommt und dem Puzzle einige Teile hinzufügen könnte.

In ihrem neuesten Artikel, der in veröffentlicht wurde Antioxidantienerklärt das Team, dass YgaV evolutionär mit bestimmten Proteinen verwandt (und fast identisch) ist, die zuvor in anderen Bakterien entdeckt wurden, die auf H2S-Spiegel reagieren. Dies motivierte sie, die Rolle von YgaV zu entschlüsseln und wie es E. coli hilft, zu gedeihen, wenn sich die chemischen Bedingungen um sie herum ändern.

Die Forscher führten eine Reihe von Experimenten mit normalen (oder WT, für „Wildtyp“) und mutierten E. coli-Stämmen durch, von denen letztere ein nicht funktionierendes YgaV-Gen aufwiesen. Sie setzten diese Kulturen verschiedenen atmosphärischen Bedingungen aus (sauerstoffreich, sauerstoffarm und H2S-reich). Dann untersuchte das Team durch Transkriptomanalyse, welche Gene zwischen den WT- und Mutantenstämmen unterschiedlich exprimiert wurden, wodurch die Rolle von YgaV hervorgehoben wurde.

Sie setzten beide Bakterienstämme auch mehreren Arten von Antibiotika aus und verglichen ihre Wirkungen. Außerdem maßen sie die zelluläre Konzentration von Sauerstoffperoxid (H2O2), einer Art von ROS, und analysierten einige der strukturellen Details, wie YgaV an Schwefelatome bindet.

Insgesamt zeigten die Ergebnisse, dass YgaV entscheidend für die Feinabstimmung der Expression verschiedener anaerober Atmungsgene und die Steuerung der ROS-Spiegel als Reaktion auf externes H2S ist. Bemerkenswerterweise war die Antibiotikatoleranz zwischen den Stämmen unterschiedlich, wie außerordentlicher Professor Masuda bemerkt: „Während die WT-Bakterien unter H2S-atmosphärischen Bedingungen eine erhöhte Antibiotikatoleranz zeigten, war dies bei der YgaV-Mutante nicht der Fall. Außerdem war die Antibiotikaempfindlichkeit bei der Mutante höher als bei der WT Stamm, sowohl in Gegenwart als auch in Abwesenheit von externem H2S.“

Diese Ergebnisse verdeutlichen einige der Mechanismen, durch die verschiedene Bakterien ihr internes chemisches Gleichgewicht als Reaktion auf Veränderungen in ihrer Umgebung regulieren können. Dieses Wissen könnte genutzt werden, um potenzielle Wirkstoffziele zu identifizieren, um pathogene Bakterien anfälliger für Antibiotika zu machen. Dies wiederum würde bei der Behandlung von Infektionskrankheiten helfen. Am wichtigsten ist, dass der Zusammenhang zwischen YgaV, Antibiotikatoleranz und ROS-Spiegeln detaillierter untersucht werden kann, um ein besseres Verständnis der Funktionsweise von Antibiotikaresistenzen zu erhalten.

„Weitere Forschung zu YgaV könnte dazu beitragen, das jahrzehntealte Rätsel zu lösen, ob es einen Zusammenhang zwischen der ROS-Erzeugung und der Antibiotikatoleranz gibt“, bemerkt Masuda.