Studie zeigt, dass Bakterienprotein in der Lage ist, menschliche Zellen gesund zu halten

Forscher der Universität São Paulo (USP) in Brasilien haben in Zusammenarbeit mit Kollegen in Australien ein neuartiges Bakterienprotein identifiziert, das menschliche Zellen auch dann gesund halten kann, wenn die Zellen einer starken Bakterienbelastung ausgesetzt sind. Die Entdeckung könnte zu neuen Behandlungsmöglichkeiten für eine Vielzahl von Krankheiten führen, die mit einer mitochondrialen Dysfunktion zusammenhängen, wie etwa Krebs und Autoimmunerkrankungen. Mitochondrien sind Organellen, die den Großteil der chemischen Energie liefern, die für die biochemischen Reaktionen der Zellen erforderlich ist.

Die Studie ist veröffentlicht im Tagebuch PNAS. Die Forscher analysierten mehr als 130 Proteine, die von Coxiella burnetii freigesetzt werden, wenn dieses Bakterium in Wirtszellen eindringt, und fanden heraus, dass mindestens eines in der Lage ist, die Zelllebensdauer zu verlängern, indem es direkt auf Mitochondrien einwirkt.

Nach dem Eindringen in Wirtszellen setzt C. burnetii ein bisher unbekanntes Protein frei, das die Autoren Mitochondrialer Coxiella-Effektor F (MceF) nennen. MceF interagiert mit Glutathionperoxidase 4 (GPX4), einem antioxidativen Enzym in den Mitochondrien, um die Mitochondrienfunktion zu verbessern, indem es eine antioxidative Wirkung fördert, die Zellschäden und Zelltod verhindert, die auftreten können, wenn sich Krankheitserreger in Säugetierzellen vermehren.

„C. burnetii nutzt verschiedene Strategien, um den Tod eingedrungener Zellen zu verhindern und sich in ihnen zu vermehren. Eine davon ist die Modulation von GPX4 durch MceF, den Mechanismus, den wir in diesem Artikel entdeckt und beschrieben haben. Durch die Neuverteilung dieser Proteine ​​in zellulären Mitochondrien können Säugetierzellen länger leben selbst wenn sie mit einer sehr großen Bakterienlast infiziert sind“, sagte Dario Zamboni, einer der entsprechenden Autoren des Artikels und Professor an der Ribeirão Preto Medical School (FMRP-USP).

Die Studie wurde am Centre for Research on Inflammatory Diseases (CRID), einem der Forschungs-, Innovations- und Verbreitungszentren (RIDCs) von FAPESP, in Zusammenarbeit mit Hayley Newton, Professorin an der Monash University in Australien, durchgeführt.

„Im Grunde haben wir eine Strategie von C. burnetii entdeckt, um Zellen länger gesund zu halten und gleichzeitig intensiv zu reproduzieren. Wir fanden heraus, dass sein Protein MceF GPX4 zu den Mitochondrien umleitet, wo es als starkes Antioxidans wirkt, die infizierte Zelle entgiftet und Zellbestandteile verhindert.“ vor dem Altern und ermöglicht gleichzeitig die Replikation des Bakteriums“, sagte Robson Kriiger Loterio, Erstautor des Artikels, der aus seiner Doktorarbeit hervorgegangen ist. Forschung.

C. burnetii ist der Erreger einer schweren Infektion namens Q-Fieber, einer relativ häufigen, aber selten diagnostizierten Zoonose. Laut den Autoren stellen Ausbrüche in der Landwirtschaft „eine immer größere Belastung für die Wirtschaft und die öffentliche Gesundheit dar“.

Das Bakterium verursacht beim Menschen eine atypische Lungenentzündung und bei einigen Tieren wie Rindern, Schafen und Ziegen eine Koxiellose. Zamboni erklärte, dass es in hohem Maße geeignet sei, in Makrophagen und Monozyten einzudringen und diese zu kontrollieren – weiße Blutkörperchen, die Teil der vordersten Immunabwehr des Organismus sind – und so die Reaktionen des Wirts auf die Infektion zu hemmen.

„Das Interesse an der eingehenden Untersuchung dieses Bakteriums liegt gerade in seiner Fähigkeit, Zellfunktionen zu untergraben. Im Gegensatz zu anderen Bakterien, die nur dann Krankheiten verursachen, wenn sie sich in großer Zahl vermehren, reicht ein einziger C. burnetii aus, um einen gesunden Menschen krank zu machen.“ „Es wirkt effizient und moduliert die Zellen, in die es eindringt. Wir bezeichnen es scherzhaft als brillanten Zellbiologen, weil es die Fähigkeit besitzt, alles in Wirtszellen zu modulieren“, sagte Zamboni.

Ein weiterer interessanter Aspekt von C. burnetii sei, fügte er hinzu, dass es sich etwa eine Woche lang in Zellen reproduziere. Im Vergleich dazu führen Salmonellen, die schwere Lebensmittelvergiftungen verursachen, zum Absterben von Wirtszellen in weniger als 24 Stunden.

„Die Beobachtung von C. burnetii ist eine gute Möglichkeit, mehr über die Funktionsweise von Zellen zu erfahren. Im Fall dieser Studie half sie uns zu verstehen, wie mitochondriale Dysfunktionen behandelt werden können, und lieferte Einblicke in den programmierten Zelltod beim Menschen“, sagte er.

Um die Fähigkeit des Bakteriums zu analysieren, Makrophagen zu unterwandern und direkt auf Mitochondrien einzuwirken, führten die Forscher In-vitro-Tests und Experimente mit Larven der Großen Wachsmotte (Galleria mellonella) durch. In dieser ersten Phase der Studie untersuchten sie mehr als 80 neuartige Proteine ​​aus C. burnettii mit dem Potenzial, mit Wirtszellen zu interagieren und deren Funktion zu untergraben. „Wir haben uns letztendlich auf MceF konzentriert, weil es direkt auf Mitochondrien wirkt, die eine Schlüsselrolle im Prozess des Zelltods spielen“, sagte Zamboni.

Die Gruppe wird nun die Forschung an zwei Fronten fortsetzen, wobei die eine auf ein tieferes Verständnis anderer interessanter Proteine ​​abzielt und die andere auf biochemischen Studien basiert, um mehr darüber herauszufinden, wie MceF GPX4 beeinflusst.

„Das Schöne an dieser Forschung ist, dass wir durch die Untersuchung eines Bakteriums viel über Zellsignalisierung, Zelltod und neue Wege zur Umkehrung der mitochondrialen Dysfunktion lernen. Wir müssen keine neue Technik erfinden. Der Prozess findet bereits während der Untersuchung statt.“ Interaktion des Bakteriums mit Wirtszellen“, sagte er.