Bewegungen in Proteinen geben Auskunft über die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen

Forscher der Universität Umeå haben herausgefunden, wie sich eine bestimmte Art von Protein bewegt, damit die DNA kopiert werden kann. Die Entdeckung könnte Auswirkungen auf das Verständnis haben, wie sich Antibiotikaresistenzgene zwischen Bakterien ausbreiten.

„Die Untersuchung der DNA-Replikation ist ein guter Ausgangspunkt, um möglicherweise Ziele für die zukünftige Arzneimittelentwicklung zu identifizieren“, sagt Ignacio Mir-Sanchis, leitender Forscher in der Gruppe an der Universität Umeå, die die Studie veröffentlicht hat.

Alle zellulären Organismen müssen ihr genetisches Material, die DNA, replizieren, um sich zu vermehren, sodass eine Kopie an eine Tochterzelle und die andere Kopie an die andere Tochterzelle geht. Das DNA-Molekül kann mit einer sehr langen Perlenkette verglichen werden, wobei die Perlen die Bausteine ​​oder Einheiten sind.

Die Perlenkette besteht aus zwei Strängen, die zu einer spiralförmigen Struktur, einer Doppelhelix, verflochten sind. Um ihr genetisches Material zu vervielfältigen, muss die Zelle von einem auf zwei DNA-Moleküle übergehen, ein Prozess, der als DNA-Replikation bezeichnet wird, und beginnt mit der Trennung der beiden DNA-Stränge. Um die beiden Stränge zu trennen, haben Zellen spezialisierte Proteine, die Helikasen genannt werden.

Eine Forschungsgruppe am Institut für medizinische Biochemie und Biophysik der Universität Umeå hat herausgefunden, wie Helikasen interagieren und sich auf der DNA bewegen, um ihre Stränge zu trennen. Die Entdeckung wurde durch die sogenannte Kryo-Elektronenmikroskopie ermöglicht, für die Umeå über eine der modernsten Einrichtungen Schwedens verfügt. Diese Technik ermöglicht es Wissenschaftlern, Schnappschüsse von einem einzelnen Molekül zu machen. Durch die Kombination von Millionen von Schnappschüssen können sie einen Film erstellen und sehen, wie sich die Helikopter bewegen.

„Als wir unsere Schnappschüsse analysierten, sahen wir, dass die Helikasen verschiedene Teile, sogenannte Domänen, über zwei getrennte Bewegungen bewegen. Zwei Domänen drehen und neigen sich zueinander. Diese Bewegungen geben uns Hinweise darauf, wie sich diese Helikasen auf der DNA bewegen und die beiden Stränge trennen “, sagt Cuncun Qiao, Postdoktorand im Team und Erstautor der Arbeit.

Mir-Sanchis Labor konzentriert sich auf Infektionsbiologie und untersucht das Bakterium Staphylococcus aureus. Die Forscher sind daran interessiert, die DNA-Replikation von S. aureus, von Viren, die S. aureus infizieren (sogenannte Bakteriophagen), und von viralen Satelliten zu verstehen. Virale Satelliten sind Viren, die andere Viren parasitieren.

S. aureus infiziert und tötet weltweit Millionen von Menschen und gilt als große Bedrohung, da das Bakterium gegen fast alle Antibiotika resistent geworden ist. Interessanterweise sind die Gene, die an der Antibiotikaresistenz beteiligt sind, manchmal auch in viralen Satelliten vorhanden, was die Arbeit noch medizinisch relevanter macht.

„Die Ergebnisse erweitern unser Verständnis darüber, wie sich Antibiotikaresistenzgene ausbreiten, obwohl es erwähnenswert ist, dass die Bewegungen, die wir hier identifiziert haben, auch in Helikasen beobachtet wurden, die in eukaryotischen Viren und sogar in menschlichen Zellen gefunden wurden. Es ist immer wieder überraschend, wie wichtige Mechanismen konserviert werden Bakteriophagen auf den Menschen übertragen“, sagt Ignacio Mir-Sanchis.

Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Nukleinsäureforschung.