Studie fördert das Verständnis des bakteriellen Bioterrorismus-Agens

Vanderbilt-Forscher haben einen entscheidenden regulatorischen Faktor in Bacillus anthracis identifiziert, dem Bakterium, das die Krankheit Anthrax verursacht und als biologische Waffe eingesetzt wurde. Die Ergebnisse, berichtet in der Zeitschrift Naturkommunikationliefern neue Einblicke in die bakterielle Genregulation und können neue antibakterielle therapeutische Strategien anleiten.

B. anthracis bildet ruhende Sporen – die infektiöse Form des Käfers – die jahrzehntelang in der Umwelt überleben können. Obwohl in den USA selten, kommt B. anthracis im Boden auf der ganzen Welt vor und verursacht schwere Krankheiten bei Nutztieren, Wildtieren und Menschen.

Aufgrund der langlebigen Sporen, die unbemerkt freigesetzt werden können, beispielsweise in Pulvern, Sprays, Lebensmitteln oder Wasser, gilt es als einer der wahrscheinlichsten Wirkstoffe für den Bioterrorismus. Im Jahr 2001 verursachten pulverisierte Sporen von B. anthracis, die in Briefen in den USA verschickt wurden, bei 22 Menschen Anthrax; fünf von ihnen starben.

Wie andere Bakterien hat B. anthracis Systeme entwickelt, die sein Überleben und seine Vermehrung in der feindlichen Wirtsumgebung ermöglichen. Diese „Zwei-Komponenten-Systeme“ (TCS) umfassen ein Sensorprotein, das Stress erkennt, und ein Responder-Protein, das die Genexpression verändert, um mit dem Stressor fertig zu werden. Einige TCSs haben auch andere Modulatorproteine.

„Zweikomponentensysteme sind in Bakterien weit verbreitet, aber sie fehlen bei Menschen und Tieren, was sie zu attraktiven Zielen für die Entwicklung neuartiger antibakterieller Wirkstoffe macht“, sagte Eric Skaar, Ph.D., MPH, Ernest W. Goodpasture Professor of Pathology, Mikrobiologie und Immunologie und Direktor des Vanderbilt Institute for Infection, Immunology and Inflammation.

Skaars Team charakterisierte zuvor das TCS von B. anthracis namens HitRS, das auf Störungen der Zellhülle (der schützenden äußeren Schichten des Bakteriums) reagiert. Es sei unklar, sagte Skaar, wie die HitRS-Signalgebung reguliert wird, um die Antwortspezifität in Zeiten von Zellhüllenschäden sicherzustellen.

Postdoktorand Hualiang Pi, Ph.D., leitete Studien zur Suche nach Regulatoren von HitRS. Mithilfe einer unvoreingenommenen genetischen Selektionsstrategie identifizierten die Forscher ein regulatorisches Protein, das sie KrrA nannten. Sie fanden heraus, dass KrrA als RNA-bindendes Protein fungiert, das an die HitRS-Boten-RNA (mRNA, die „exprimierte“ Form des Gens, die bereit ist, in Protein übersetzt zu werden) bindet und ihre Stabilität moduliert.

KrrA scheint breitere Funktionen zu haben als die HitRS-Regulierung, entdeckten sie.

„Wir fanden heraus, dass KrrA auch an mehr als 70 andere RNAs bindet und direkt oder indirekt die Expression von über 150 Genen beeinflusst, die an Prozessen beteiligt sind, darunter genetische Kompetenz, Sporulation, RNA-Umsatz, DNA-Reparatur, Transport und Zellstoffwechsel“, sagte Pi Autor der Studie.

KrrA zeigte keine RNA-abbauende Aktivität, und der Mechanismus, den es zur Modulation der mRNA-Stabilität verwendet, bleibt unklar, sagte Pi.

„Wenn wir verstehen, wie B. anthracis äußere Bedrohungen wahrnimmt und darauf reagiert, könnten wir diese Systeme gezielt für die Entwicklung neuer Antibiotika einsetzen. Wenn wir verhindern können, dass B. anthracis sich selbst verteidigt, können wir es leichter töten, was Anthrax leichter machen könnte zu behandeln“, sagte Skaar.