Forscher entdecken molekularen „Barcode“, mit dem Bakterien Giftstoffe absondern

Forscher der McMaster University haben ein molekulares „Barcode“-System entdeckt, das von krankheitserregenden Bakterien verwendet wird, um zwischen nützlichen und toxischen Molekülen zu unterscheiden.

Veröffentlicht im Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (PNAS), zeigt die neue Studie, dass viele Bakterien genetische Codes scannen können, um zu lernen, welche Proteine ​​sie behalten und welche sie in die Umwelt ausstoßen.

Den Forschern zufolge sind die ausgeschiedenen Proteine ​​oft toxisch für menschliche Zellen, weshalb die Fähigkeit, zwischen Proteinen zu unterscheiden, für die Fähigkeit eines Bakteriums, Infektionskrankheiten zu verursachen, von entscheidender Bedeutung ist.

„Proteine ​​sind einer der Grundbausteine ​​des Lebens“, erklärt John Whitney, außerordentlicher Professor am Department of Biochemistry and Biomedical Sciences bei McMaster und leitender Forscher der Studie. „Sie erlauben bakteriellen Krankheitserregern im wahrsten Sinne des Wortes, alles zu tun, was sie tun. Und während die überwiegende Mehrheit der Proteine ​​in Bakterien verbleibt, um Funktionen wie den Stoffwechsel auszuführen, gibt es eine sehr kleine Untergruppe, die außerhalb des Organismus wirkt – wie Toxine.“

Whitney, Mitglied des Michael G. DeGroote Institute for Infectious Disease Research, sagt, dass das bakterielle Sekretionssystem und die Toxine selbst zwar schon lange untersucht wurden, man jedoch vor der Studie nicht verstanden habe, wie Bakterien zwischen toxischen und ungiftigen Proteinen unterschieden .

Whitneys Labor unter der Leitung der Biochemie-Absolventen Prakhar Shah und Timothy Klein (jetzt Postdoktorand an der University of California, San Francisco) stellte die Frage, wie drei grundlegend unterschiedliche Toxine alle durch dasselbe bakterielle Sekretionssystem ausgeschieden werden könnten.

„Es gab keine bekannten Ähnlichkeiten zwischen den Toxinen – sie sehen sich überhaupt nicht ähnlich und bewirken auch nichts Ähnliches“, sagt Whitney. „Unser Grundprinzip war, dass es etwas Gemeinsames zwischen ihnen geben muss, damit sie alle dieselbe Proteinsekretionsmaschine passieren können.“

Tatsächlich gab es das. Jedes Toxin teilte eine „Domäne“, die Whitney umgangssprachlich mit einem Barcode vergleicht. Er sagt, dass der Barcode zwar von allen drei untersuchten Toxinen gemeinsam war, bei den anderen etwa 3.000 Proteinen in den Bakterien jedoch fehlte, was darauf hindeutet, dass er als Exportsignal dient.

Shah, Co-Erstautor der Studie zusammen mit Klein, sagt, dass das Team dieses Konzept experimentell durch eine Kombination aus genetischen, biochemischen und strukturellen Ansätzen beweisen konnte, einschließlich wichtiger „Röntgenkristallographiestudien“, die es ihnen ermöglichten, die Proteine ​​zu reinigen und erhalten Sie einen klareren Überblick über die sogenannten Barcodes und ihre Funktionsweise.

Das Forschungsteam glaubt, dass diese neuen Informationen letztendlich eine Reihe wichtiger Anwendungen in der Biotechnologie und im Zusammenhang mit Infektionskrankheiten haben könnten. Shah weist insbesondere darauf hin, dass die Ergebnisse für unser Verständnis einer Reihe grampositiver Krankheitserreger relevant sind, darunter auch Bakterienarten, die für schwere Infektionskrankheiten wie Tuberkulose und Listeriose verantwortlich sind.

„Viele Krankheitserreger nutzen dieses System“, sagt Shah. „Daher hat unsere Entdeckung wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis der Virulenzstrategien, die von einer Vielzahl menschlicher Krankheitserreger verwendet werden.“