Neue Entdeckungen identifizieren CRISPR-Cas Abwehrsysteme in Bakterien

26.09.2019 - Dänemark

Mit Hilfe von hochmodernen Mikroskopen und Synchrotronquellen haben Forscher der Universität Kopenhagen bahnbrechende Erkenntnisse darüber gewonnen, wie Bakterien als Abwehrmechanismen gegen Angriffe von anderen Bakterien und Viren funktionieren.

Die Studie, die gerade in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, beschreibt auch, wie die Verteidigungssysteme auf Anhieb aktiviert werden können. Diese Entdeckung kann sich als wichtiger Eckpfeiler im Kampf gegen Krankheiten in der Zukunft erweisen.

Die Forscher haben gezeigt, wie eine von einem Virus befallene Zelle ein Molekül namens COA (Cyclic Oligoadenylate) aktiviert, das wiederum einen sogenannten Proteinkomplex namens CSX1 aktiviert, um den Angreifer auszumerzen.

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Protein-Schere aktiviert Verteidigungsfunktion

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Im Volksmund ausgedrückt, beginnt die CSX1, den Eindringling zu zerschneiden. Wir können sehen, wie CSX1 aktiviert wird, sich dreht und beginnt, die Zelle zu verteidigen, sobald die COA aktiviert ist", erklärt Professor Guillermo Montoya vom Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research an der Fakultät für Gesundheit und Medizin.

Kann helfen, Krankheiten zu bekämpfen

Auch die Forscher der Universität Kopenhagen haben es geschafft, den Prozess selbst erfolgreich zu aktivieren. Sie schickten sozusagen ein COA-Molekül nach dem Proteinkomplex und starteten so den Abwehrmechanismus.

Kurz gesagt, wir haben einen Schalter gefunden, der das Abwehrsystem der Zelle einschaltet, wann immer wir es wollen, und so können wir mögliche Angriffe entschärfen", erklärt Guillermo Montoya.

Es ist das erste Mal, dass es den Forschern gelingt, ein bakterielles Immunsystem abzubilden und zu aktivieren.

Vor einigen Jahren war der Wissenschaft noch nicht einmal bewusst, dass Bakterien eine Art Immunabwehrsystem haben. Mit dieser Entdeckung sind wir viel weiter gekommen, um diese Mechanismen zu verstehen", sagt Guillermo Montoya.

Darüber hinaus ist die Entdeckung interessant, da das Abwehrsystem in Bakterien in vielerlei Hinsicht dem menschlichen angeborenen Immunsystem ähnelt.

Es ist daher auch ein Schritt auf dem Weg, das menschliche Immunsystem besser zu verstehen und zu verstehen, wie man Bakterien bekämpft und sich gegen Viren und langfristig sogar gegen Mehrfachresistenzen verteidigt", sagt Guillermo Montoya.

Minimale Moleküle und eine riesige Lupe

Die Entdeckung eines Bakterien-Abwehrsystems wurde durch den Einsatz der so genannten Röntgenkristallographie in einer Einrichtung in der Schweiz und eines der leistungsfähigsten Mikroskope der Welt - das so genannte Synchrotron MAX IV - in Lund, Schweden, ermöglicht.

Das Bild des CSX1-Proteinkomplexes wurde durch das kryogene Elektronenmikroskop an der Hightech-Anlage CryoEM der Universität Kopenhagen ermöglicht.

CSX1 ist ca. 0,0000005 mm lang. Das bedeutet, einen Millimeter in 10.000 Scheiben zu schneiden und dann fünf Stücke übereinander zu legen. Wir haben die Bilder nacheinander aufgenommen und einen Kurzfilm gedreht, der die Aktivitäten innerhalb von CSX1 aufzeigt", erklärt Guillermo Montoya.

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