Forscher des Karolinska Institutet haben kürzlich eine Studie veröffentlicht npj Biofilme und Mikrobiomedas die Eigenschaften eines Enzyms beschreibt, das Lipide abbaut.
In der Natur weisen Mikroorganismen einschließlich Bakterien unterschiedliche Formen auf. Escherichia coli, ein stäbchenförmiges kommensales Bakterium des menschlichen Darms, kann bei Belastung leicht seine Form verändern. Bei vielen Gelegenheiten stoppt E. coli die Zellteilung, wächst aber immer noch an Länge, was zu Fadenzellen führt.
Phospholipasen sind Enzyme, die spezifisch eine oder mehrere Esterbindungen von neutralen Lipiden und Phospholipiden, wichtigen Zellmembrankomponenten, hydrolysieren. Die Studie ergab, dass eine einzelne Aminosäurevariante einer Patatin-ähnlichen Phospholipase verschiedene physiologische Funktionen manipuliert. Diese Befunde weisen auf eine schnelle Änderung der Proteinfunktionalität durch Substitution einer einzelnen konservierten Aminosäure in im Labor gezüchteten Bakterien hin.
„Wir haben die Variante in der Patatin-ähnlichen Phospholipase zufällig entdeckt. Es war im Grunde ein Klonierungsartefakt im Labor, das wir im Labormodellorganismus Escherichia coli K-12 beobachtet haben“, sagt Ute Römling, Professorin für Medizinische Mikrobiologische Physiologie am Institut für Mikrobiologie , Tumor- und Zellbiologie am Karolinska Institutet. „Allerdings hielten wir den Effekt der Expression des varianten Enzyms für so dramatisch, dass wir dem nachgingen. Außerdem waren die Effekte des varianten Proteins nicht auf das Labormodell beschränkt, sondern wurden auch in mehreren Kommensalen beobachtet und pathogene E. coli-Stämme.“
Die Möglichkeit, die Proteinevolution zu studieren
Die beobachtete wesentliche Änderung oder Übertreibung der Proteinfunktionalität bietet die Möglichkeit, die Proteinevolution zu untersuchen. Da dieser Aminosäureaustausch an einer konservierten Position im Protein in natürlich vorkommenden homologen Proteinen nicht vorhanden ist, stellt sich die Frage, was gegen diesen Aminosäureaustausch in der Phospholipase negativ selektiert.
„In Kombination mit den beobachteten Veränderungen in der Zellmorphologie und -physiologie verfügen wir nicht nur über ein Modellsystem, mit dem wir potenziell neue molekulare Mechanismen der Regulation der Zellteilung und Biofilmbildung untersuchen können, sondern auch nachteilige Auswirkungen der Aminosäuresubstitution “, schließt Ute Römling.
Fengyang Li et al, Patatin-ähnliche Phospholipase CapV in Escherichia coli – morphologische und physiologische Wirkungen einer Aminosäuresubstitution, npj Biofilme und Mikrobiome (2022). DOI: 10.1038/s41522-022-00294-z