Neuer Mechanismus zur Regulierung der Zellteilung beim bakteriellen Erreger Klebsiella entdeckt

Klebsiella pneumoniae ist einer der häufigsten und gefährlichsten bakteriellen Krankheitserreger beim Menschen und verursacht Infektionen des Magen-Darm-Trakts, Lungenentzündung, Wundinfektionen und sogar Blutvergiftung.

Mit dem Ziel, therapeutisch nutzbare Schwachstellen in Klebsiella aufzudecken, hat ein Forscherteam des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ der Universität Jena die Molekularbiologie der Bakterien unter die Lupe genommen und konnte die Bedeutung aufdecken einer kleinen, nicht-kodierenden Ribonukleinsäure (kurz sRNA) zur Genregulation von K. pneumoniae. Sie berichten über ihre Ergebnisse im Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

„Klebsiella ist aus mehreren Gründen ein für die Forschung relevantes Bakterium. Einerseits ist dieses Bakterium in der Klinik problematisch, weil Klebsiella sehr anpassungsfähig ist, sich schnell vermehren kann und neben den vorhandenen natürlichen Resistenzen gegen verschiedene Antibiotika laufend weitere Resistenzen erwirbt Agenten.“

„Andererseits ist über die Genregulation bei Klebsiella wenig bekannt, insbesondere im Vergleich zu eng verwandten Arten wie E. coli oder Salmonellen“, sagt Dr. Kathrin Fröhlich, Leiterin der Studie und Nachwuchsgruppenleiterin für RNA-Biologie Bakterien an der Universität Jena. Gemeinsam mit einem Team von Wissenschaftlern des Exzellenzclusters analysierte sie das Transkriptom von Klebsiella auf der Suche nach bisher unbekannten sRNAs und Hinweisen auf ihre Funktionen.

„Zusätzlich zu vielen sRNAs, die bereits von verwandten Bakterien bekannt waren, haben wir auch über 50 neue potenzielle Regulatoren gefunden“, sagt Eric Ruhland, Erstautor der Studie und Ph.D. Kandidat am Exzellenzcluster „Balance of the Microverse“ in Jena. Die Interaktionspartner all dieser sRNAs bestimmten die Forscher mithilfe einer Methode, die auf Hochdurchsatzsequenzierung basiert.

Autonome Zellteilungskontrolle

Bei der Analyse der so identifizierten RNA-Paarungen erregte die sRNA DinR das besondere Interesse der Forscher. „Wir konnten endlich herausfinden, dass DinR von der Zelle produziert wird, wenn es zu DNA-Schäden kommt. Unter dieser Voraussetzung hemmt DinR die Bildung von FtsZ, einem Strukturprotein, das für die Zellteilung wichtig ist“, sagt Ruhland. Damit steuert DinR einen weiteren, bisher unbekannten Mechanismus, mit dem die Bakterien bei Defekten im Erbgut die Zellteilung unterbrechen können.

Dies dient dazu, der Zelle Zeit zu geben, das beschädigte Genom zu reparieren, bevor es an eine andere Generation des Bakteriums weitergegeben wird – aus evolutionärer Sicht ein Mechanismus, der dazu dient, möglichst gesunde Nachkommen hervorzubringen.

„Allerdings ist die DNA-Reparatur fehleranfällig und diese Stresssituation führt zu einer höheren Mutationsrate“, sagt Fröhlich. Diese Veränderungen im Erbgut können auch zu neuen Antibiotikaresistenzen führen oder die Resistenz der Bakterien verändern.

„Wir wollen künftig verstehen, wie genau Klebsiella mit DNA-Schäden umgeht und welche Rolle sRNAs für die vergleichsweise hohe Anpassungsfähigkeit der Bakterienart spielen, die Klebsiella im klinischen Umfeld zunehmend problematisch macht“, sagt der Nachwuchsgruppenleiter. „Mit dieser Studie tragen wir zu einem besseren Verständnis der grundlegenden molekularbiologischen Prozesse bei Klebsiella bei, was möglicherweise auch Möglichkeiten eröffnet, Infektionen gezielter zu behandeln.“