Bei der Erforschung der Interaktion zwischen Krankheitserregern und Wirtszellen haben Wissenschaftler der Universität Greifswald einen neuen Mechanismus entdeckt. Ein Forschungsteam des Graduiertenkollegs RTG-PRO hat herausgefunden, wie bakterielle Krankheitserreger ihre Aktivität an den Stoffwechsel infizierter Zellen anpassen, um ihren Angriff effizienter zu gestalten. Diese Erkenntnisse könnten dazu beitragen, das Verständnis von Infektionen zu erweitern und neue Ansätze gegen antibiotikaresistente Erreger zu entwickeln. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht, wie uni-greifswald.de berichtet.

Besonderes Augenmerk legten die Forschenden auf den Virulenzfaktor SnCE1 des Bakteriums Simkania negevensis, das Atemwegs- und Lungenerkrankungen hervorrufen kann. SnCE1 ist ein aktives DeSUMOylase-Enzym, dessen Aktivität offensichtlich vom Energiestoffwechsel der Wirtszelle abhängt. Insbesondere spielt das Molekül Acetyl-CoA eine herausragende Rolle: Je höher die Konzentration, desto ausgeprägter sind die Veränderungen in der Struktur und Funktion von SnCE1. Diese Erkenntnis ist entscheidend, da SnCE1 in der Lage ist, Mutationen in den Wirtszellen gezielt zu beeinflussen, was zu einer veränderten Krankheitsaktivität führt.

SnCE1 und seine Funktionen

SnCE1 hat zwei Hauptfunktionen, die für seine Wirkungsweise in Wirtszellen essenziell sind. Zum einen entfernt es SUMO-Moleküle von den Wirtszellen, und zum anderen führt es chemische Veränderungen durch das Anheften von Acetylgruppen an Lysine durch. Beide Reaktionen erfolgen über dieselbe aktive Stelle des Enzyms. Diese Multifunktionalität zeigt, wie clever Bakterien ihre Aggressivität anpassen können, um die Wirtszelle optimal auszunutzen. Dies könnte auch die Erklärungen für die Fragilität menschlicher Zellen im Angesicht von Infektionen erweitern, was die Erkenntnisse der Studie von nature.com unterstützt.

Die Arbeitsweise von SnCE1 ist dabei besonders faszinierend: Das Enzym gibt es in einem monomeren Zustand und zeigt schwache Aktivität als Deubiquitinase (DUB). Es schneidet verschiedene di-ubiquitinketten, bevorzugt jedoch Lys63-verknüpfte Strukturen. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass reduzierte Bedingungen wie β-Mercaptoethanol für die katalytische Aktivität von SnCE1 notwendig sind. Im Vergleich zu anderen Proteasen weist SnCE1 eine Autoacetyltransferase-Aktivität auf, die die oligomere Struktur des Enzyms beeinflusst und dazu führt, dass acetylierte Varianten als Monomer auftreten, während nicht-acetylierte Formen sich als Tetramere bilden.

Interdisziplinäre Forschung und Ausblick

Die Studie ist ein Paradebeispiel für die Bedeutung interdisziplinärer Zusammenarbeit, die für den Erfolg entscheidend war. Forscher:innen aus verschiedenen Universitäten und Fachrichtungen haben essenzielle Beiträge geleistet, um diesen Einblick in die Mechanismen bakterieller Infektionen zu ermöglichen. Die Vorkommen, dass Antibiotika bei bestimmten Infektionen zunehmend weniger wirksam sind, macht die Erkenntnisse dieser Forschung umso relevanter, da sie potenzielle neue Handlungsansätze im Kampf gegen resistente Erreger aufzeigen.

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Insgesamt eröffnet die Arbeit ein neues Fenster im Verständnis bakterielle Virulenzmechanismen und könnte dazu beitragen, wirksamere Therapien gegen hartnäckige Infektionen zu entwickeln. Der Fortschritt in der Forschung über die Rolle von Proteasen wird weiterhin intensiv verfolgt, insbesondere durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), die das Graduiertenkolleg RTG-PRO unterstützt.