In allen lebenden Organismen ist die DNA-Replikation unerlässlich, um die genetische Treue der nächsten Generation zu gewährleisten. Bakterien können genetische Informationen aber auch horizontal auf andere Bakterien übertragen. Viele Arten pathogener Bakterien haben übertragbare Antibiotika-Resistenzplasmide, die oft durch eine Rolling-Circle-Replikationsmaschinerie reproduziert werden. Zu dieser Gruppe gehört das Plasmid pMV158, das in der Gattung Streptococcus vorkommt. Dieses Plasmid bestimmt die Resistenz gegen Tetracyclin und seine Replikation wird durch das RepB-Protein initiiert.
Wissenschaftler unter der Leitung von Dr. Miquel Coll vom Institute for Research in Biomedicine (IRB Barcelona) und dem Institute of Molecular Biology of Barcelona (IBMB-CSIC) und Dr. Gloria del Solar vom Centre for Biological Research (CIB-CSIC) haben eine neue hexamere Struktur des RepB-Proteins entdeckt und wie es an DNA bindet. Die Studie umfasste biochemische und röntgenkristallographische Techniken. Diese Struktur weist auf ein hohes Maß an Flexibilität hin, das der Fähigkeit dieses Proteins zugeschrieben wird, eine doppelte Funktion auszuüben, dh an zwei unterschiedliche Positionen des Plasmids zu binden und einen der DNA-Stränge zu schneiden, um ihn dadurch zu trennen Replikation einleiten.
„Im Allgemeinen werden nur wenige Ressourcen für die Entwicklung neuer Antibiotika aufgewendet und es sollten größere Anstrengungen in dieser Hinsicht unternommen werden. Es ist auch entscheidend zu bestimmen, wie Resistenzen gegen Antibiotika entstehen und wie sie sich ausbreiten“, sagt Dr. Coll, Leiter der Strukturbiologie des Labors für Protein- und Nukleinsäurekomplexe und molekulare Maschinen am IRB Barcelona und Professor am CSIC. „Außerdem ist dieses Plasmid promiskuitiv, was bedeutet, dass es zwischen verschiedenen Bakterienarten übertragen wird und sich dadurch die Resistenz gegen das Antibiotikum ausbreitet“, fügt er hinzu.
Ein wachsendes medizinisches Problem
Antibiotika sind Medikamente und haben seit ihrer Entdeckung Millionen von Menschenleben gerettet. Ihre wahllose Verwendung hat jedoch zur Entstehung von Resistenzen und zur raschen Ausbreitung von Bakterien geführt, die Plasmide mit Resistenzgenen tragen. Diese resistenten Bakterien sind zu einem sehr ernsten Problem geworden, insbesondere in Krankenhäusern – Umgebungen, in denen eine große Anzahl von Antibiotika verwendet wird und gefährdete Patienten zu finden sind.
„Der massive Einsatz von Antibiotika, sowohl bei Menschen als auch bei Nutztieren, hat zu einer wachsenden Resistenz gegen sie geführt. Nosokomiale Infektionen, also solche, die in Krankenhäusern auftreten und die der Patient bei der Aufnahme nicht hatte, betreffen 7 % der Patienten und sind schwierig aufgrund aktueller Antibiotikaresistenzen zu behandeln“, ergänzt Dr. Coll.
Die Erstautoren der Studie sind Dr. Cristina Machón vom IRB Barcelona und Dr. José A. Ruiz-Masó vom CIB-CSIC. Das Projekt hatte die Zusammenarbeit der Automated Crystallography Platform am IBMB und IRB Barcelona, und die Röntgendaten wurden an den Synchrotrons Alba (Barcelona, Spanien) und ESRF (Grenoble, Frankreich) gesammelt.
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Nukleinsäureforschung.
Mehr Informationen:
Cristina Machón et al., Strukturen des pMV158-Replikationsinitiators RepB mit und ohne DNA zeigen ein flexibles Doppelfunktionsprotein, Nukleinsäureforschung (2023). DOI: 10.1093/nar/gkac1271