Sekretin-Protein mit Krone

Forscher entschlüsseln Aufbau einer molekularen Maschine, mit der Bakterien fremde DNA aufnehmen und so gegen Antibiotika resistent werden können

10. Januar 2018

Bakterien sind Überlebenskünstler. Ihnen hilft dabei die Fähigkeit, DNA aus der Umwelt aufzunehmen und sich so immer mit neuen Eigenschaften auszustatten. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biophysik und der Goethe-Universität in Frankfurt haben nun neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie Bakterien DNA aufnehmen.

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Struktur des PilQ-Komplexes: Das zweite Modell von links zeigt die 13 Untereinheiten in unterschiedlichen Farben, das zweite Modell von rechts zeigt das Innere des Komplexes. Das rechte Modell hebt eine eine einzelne Untereinheit hervor (rot). Die außerhalb der Membran liegende "Krone" (graues Band), ist ein noch unbekanntes Protein, das für die DNA-Aufnahme durch das Sekretin verantwortlich ist.

Die Aufnahme von fremdem Erbgut aus der Umwelt ist eine häufig genutzte Methode, mit der Bakterien ihr Überleben sichern. So können sie beispielsweise auch gegen Substanzen unempfindlich werden, die sie sonst töten würden. Resistenzen werden auf diese Weise von Zelle zu Zelle weitergegeben. Wie ein komplexes Molekül wie die DNA in eine Bakterienzelle aufgenommen werden kann, war jedoch lange Zeit ein Rätsel. Hier ist nun dem Frankfurter Forscherteam ein Durchbruch gelungen.

„Wir haben erste Einblicke in einen Teil einer aus mehreren Molekülen bestehenden DNA-bindenden „Maschine“ erhalten. Sie zieht diese DNA durch die äußeren Zellschichten, zerlegt sie dabei in die beiden Einzelstränge und nimmt einen davon auf “, erklärt Beate Averhoff. Zusammen mit den Arbeitsgruppen von Werner Kühlbrandt und Gerhard Hummer hat sie die räumliche Struktur des sogenannten Sekretin-Komplexes im Kryoelektronenmikroskop mit einer Auflösung von sieben Ångström entschlüsselt. 

Demnach ragt der Komplex wie eine Pistole aus der Zellwand heraus und trägt eine erst jetzt erkannte „Krone“. Genetische Studien haben ergeben, dass nicht das Sekretin-Protein selbst die Krone bildet. Allerdings führen Mutationen in der "Pistole" dazu, dass die Krone auseinanderfällt, so dass die Bakterienzelle keine DNA mehr aufnehmen kann.  „Mit der Krone haben wir vielleicht einen entscheidenden Schalter für die Erkennung und Bindung der DNA entdeckt“, meint Edoardo D'Imprima aus der Abteilung Strukturbiologie des Frankfurter Max-Planck-Instituts.

Als nächstes wollen die Forscher das Protein identifizieren, das die Krone bildet. „Unsere Arbeiten tragen zum grundsätzlichen Verständnis der Übertragung von DNA bei. Aber natürlich wollen wir auch Zielstrukturen identifizieren, an denen man den DNA-Transfer unterbinden und damit zum Beispiel die Ausbreitung von Antibiotika-Resistenzen eindämmen könnte,“ so D‘Imprima.

BH/HR

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