Calciumtransportprotein in Bakterien bietet Erkenntnisse für die Arzneimittelentwicklung und Lebensmittelsicherheit

Forscher der Universität Umeå haben Details darüber enthüllt, wie Bakterien Kalzium verwenden, um lebenswichtige Prozesse auf eine Weise zu regulieren, die sich von menschlichen Zellen unterscheidet. Dieser Durchbruch ist von Bedeutung im Kampf gegen Antibiotikaresistenzen und für die Erhöhung der Sicherheit in der Lebensmittelproduktion.

Calciumionen sind wichtige Botenstoffe in den Zellen von Pflanzen, Tieren und Menschen. Sie helfen bei der Regulierung lebenswichtiger Prozesse wie Nervenimpulse, Stressreaktionen und Herzschlag. In einem Studie veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschrittehat ein Forschungsteam der Universität Umeå gezeigt, wie ein Protein in Listeriabakterien Kalzium anders transportiert als eukaryotische Zellen (wie die von Menschen oder Pflanzen).

Das Protein mit der Bezeichnung LMCA1 hilft dem Bakterium – das eine Lebensmittelvergiftung verursachen kann –, unter rauen Bedingungen zu überleben, beispielsweise wenn es dem menschlichen Immunsystem oder den grundlegenden Umgebungen ausgesetzt ist, die zur Abtötung von Bakterien in der kommerziellen Lebensmittelproduktion verwendet werden.

„Die Ergebnisse sind daher besonders interessant für die Entwicklung neuer Medikamente gegen bakterielle Infektionen und für die Lebensmittelindustrie“, sagt Magnus Andersson, außerordentlicher Professor am Fachbereich Chemie, der das Forschungsteam leitet.

Das Team hat eine Methode entwickelt, die Synchrotron-Röntgenstrahlen nutzt, um die Bewegungen von Proteinen bei der Ausführung ihrer Funktionen zu untersuchen. Dank dieser Methode können sie nun verfolgen, wie das LMCA1-Protein seine Struktur ändert, um Kalzium zu transportieren, und auch messen, wie schnell dies geschieht. Es gelang ihnen auch, LMCA1 in dem kritischen Moment einzufangen, in dem das Protein beim Transport durch die Zellmembran Kalzium bindet.

„Es war erstaunlich, dies zum ersten Mal sehen zu können. Indem unsere Studie auch klare Unterschiede zwischen dem Kalziumtransport in eukaryotischen und prokaryotischen Systemen identifizierte, hat sie einen wichtigen Schritt in Richtung der Entwicklung neuer antimikrobieller Strategien und der Gewährleistung der Sicherheit in der Lebensmittelproduktion getan.“ „, sagt Andersson.

Es ist viel darüber bekannt, wie Kalzium in komplexen Organismen wie dem Menschen verwaltet wird. Doch erst vor kurzem haben Forscher begonnen herauszufinden, wie Bakterien, bei denen es sich um einfache einzellige Organismen handelt, mit Kalzium umgehen.

Ihnen fehlen Organellen wie Mitochondrien, die normalerweise zur Regulierung des Kalziumspiegels beitragen. Dennoch können Bakterien auf Veränderungen des Kalziumspiegels reagieren, insbesondere unter Stressbedingungen wie der Einwirkung von Giftstoffen oder bei Infektionen.

Wenn der Kalziumspiegel beim Menschen aus dem Gleichgewicht gerät, kann es zu Erkrankungen wie neurologischen Erkrankungen, Muskelerkrankungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen kommen.

„Mit den von uns entwickelten Methoden werden wir nun Moleküle herstellen, die bei Herzinsuffizienz Kalziumtransportproteine ​​aktivieren können“, sagt Andersson.