Körpertemperatur macht Bakterien angriffslustig

15. Juni 2016, 11:24
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Forscher entdecken Schaltstellen in Yersinia-Bakterien, die nur bei erhöhter Körpertemperatur Infektionsprozesse starten

München – Bakterien der Gattung Yersinia pseudotuberculosis – ein naher Verwandter des Pest-Erregers – lösen beim Menschen unter anderem Entzündungen der Darmwand und schwere Durchfallerkrankungen aus. Nun haben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) gemeinsam mit Kollegen der Ruhr-Universität Bochum und der Universität Leipzig verschiedene molekulare Schalter in diesem Bakterium entdeckt, die bei einer Temperatur von 37 Grad Celsius ihre dreidimensionale Struktur verändern. Erst dann können sich die Bakterien im Wirt ausbreiten und eine Erkrankung auslösen.

Die Rolle des Thermometers in den Bakterien übernehmen unter anderem bestimmte RNA-Moleküle, also Abschriften der genetischen Information, die in der DNA gespeichert ist. Anhand der Abschriften bauen die Bakterien sämtliche Proteine auf, die sie zum Leben brauchen. Die besonderen RNA-Thermometer falten sich jedoch bei niedrigeren Temperaturen in eine komplexe Struktur, sodass ihr Proteinbauplan dann nicht abgelesen werden kann. Bei höherer Temperatur schmelzen diese Strukturen auf, die RNA wird wieder lesbar.

Verschiedene Darmbakterien, wie der Durchfallerreger Yersinia pseudotuberculosis oder der Cholera-Erreger Vibrio cholerae, nutzen diesen Trick, um ihren Wirt zu erkennen: Gelangen sie beispielsweise in einen menschlichen Körper, so steigt die Umgebungstemperatur rapide auf 37 Grad Celsius. Genau bei dieser Temperatur entfalten sich die RNA-Thermometer und machen ihre Information zugänglich.

Identifizierung von RNA-Thermometern

Um solche Zell-Thermometer aufzuspüren, setzten die Forscher eine Kombination aus biochemischer RNA-Strukturkartierung und Hochdurchsatz-Sequenzierung ein. Damit entschlüsselten die Wissenschaftler die über 1.750 in der Bakterienzelle enthaltenen RNA-Strukturen gleichzeitig.

Konkret führten sie das Experiment bei drei verschiedenen Temperaturen durch und erhielten jeweils einen Schnappschuss der RNA-Vielfalt. "So konnten wir die dynamischen Veränderungen der RNA-Strukturen bei einem Temperaturanstieg zum Beispiel von 25 auf 37 Grad Celsius beobachten", erläutert Francesco Righetti vom Institut für Mikroorganismen der Ruhr-Universität Bochum.

Auf diese Weise konnten RNA-Moleküle identifiziert werden, in denen Bindestellen für die Proteinsynthesemaschinerie bei 25 Grad in doppelsträngigen Bereichen versteckt und dadurch blockiert sind, bei 37 Grad dieser Bereich aber entfaltet und zugänglich ist. Diese Moleküle arbeiten als RNA-Thermometer, die von der Temperatur reguliert werden.

Mögliche Angriffspunkte

Die neu entdeckten Thermometer steuern ganz unterschiedliche Funktionen in den Bakterien, allein 16 von ihnen auch Infektionsprozesse. "Damit haben wir gleich eine ganze Reihe von möglichen Angriffspunkten in Yersinia gefunden, über die sich das Bakterium unschädlich machen ließe", sagt die Infektionsbiologin Petra Dersch.

"Eine denkbare Strategie wäre es zum Beispiel, einen Wirkstoff zu konstruieren, der die Entfaltung der RNA-Thermometer blockiert." Dabei sei die Konstruktion allerdings das geringste Problem, denn der Wirkstoff müsse bei einer Infektion auch durch den Körper zu den Bakterien gelangen und dort von ihnen aufgenommen werden – eine bislang noch ungelöste Herausforderung. (red, 15.6.2016)

  • Bakterien der Gattung Yersinia dringen in eine menschliche Epithelzelle ein.
    foto: hzi/m. rohde

    Bakterien der Gattung Yersinia dringen in eine menschliche Epithelzelle ein.

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