Bakterien: Dornröschenschlaf durch FIC-Toxine

25. August 2015
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Um überleben zu können, versetzen sich Bakterien mithilfe von Toxinen in einen Schlafzustand. Dabei werden Topoisomerasen von FIC-Toxinen modifiziert und die Raumstruktur der DNA verändert. Als Resultat wird die Aktivität der Bakterien ähnlich wie ein Computer heruntergefahren.

Toxin-Antitoxin-Systeme wirken wie ein Schalter, der in das bakterielle Wachstum eingreift und die Zellen in eine Art Schlafzustand versetzt, in dem sie zum Beispiel vor der Wirkung von Antibiotika geschützt sind. Die Forschungsgruppe von Prof. Christoph Dehio vom Biozentrum der Universität Basel hat nun einen neuen Wirkmechanismus von Toxinen aus der Gruppe der FIC-Proteine entdeckt.

Bakterien im Winterschlaf

In der Bakterienwelt sind Toxin-Antitoxin-Systeme weit verbreitet. Meist hemmen die Toxine die Proteinbildung oder die Energieversorgung des Bakteriums. Die Forscher um Dehio haben nun solche Toxine erstmals unter den, über den gesamten Stammbaum des Lebens verbreiteten, FIC-Proteinen entdeckt und konnten zeigen, dass diese über Veränderungen an der DNA wirken. Demnach modifizieren die FIC-Toxine zwei Zielproteine, sogenannte Topoisomerasen, die der DNA der bakteriellen Zelle ihre charakteristische Helixform geben und deren räumliche Struktur überwachen. Durch die neuen Toxine wird deren Aktivität komplett herunter gefahren.

„Man kann sich das so vorstellen, als ob bei den Topoisomerasen der Stecker gezogen wird“, erklärt Erstautor Alexander Harms. Dadurch kommt es rasch zu massiven Veränderungen der Raumstruktur der DNA, wodurch die Bakterien in eine Art Schlafzustand fallen.

Einblicke in die Entstehung von Krankheitserregern?

FIC-Proteine besitzen ein breites Spektrum an molekularen Aktivitäten. Bis jetzt wurde zumeist an FIC-Proteinen geforscht, die von krankheitserregenden Bakterien als Virulenzfaktoren in Wirtszellen injiziert werden. Die Forscher um Dehio konnten in ihrer Studie nun erstmals eine Funktion von entwicklungsgeschichtlich ursprünglicheren FIC-Proteinen zeigen, die ihre Wirkung noch in Bakterienzellen selbst entfalten. Diese Entdeckung könnte dabei helfen, nachzuvollziehen, wie Krankheitserreger und ihre Werkzeuge in der Evolution entstehen.

Originalpublikation:

Adenylylation of Gyrase and Topo IV by FicT Toxins Disrupts Bacterial DNA Topology
Alexander Harms et al.; Cell Reports, doi:10.1016/j.celrep.2015.07.056; 2015

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