Bakterielle Funktion entdeckt, die DNA phagozytiert, um das Immunsystem zu überleben
Wie der Erreger Staphylococcus aureus die DNA aus der infizierten Zelle entnimmt, um sein genetisches Material während der Infektion zu reparieren
Ein internationales Team unter der Leitung des Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) beschreibt in der Zeitschrift Nature Communications eine neue Funktion des comk-Gens, das zum menschlichen Krankheitserreger Staphylococcus aureus gehört und exogene DNA einfängt, um sein genetisches Material zu reparieren und so die Immunreaktion des Wirtes zu überleben. Diese Erkenntnis öffnet die Tür zur Entwicklung von therapeutischen Zielen zur Stärkung des Immunsystems gegen Krankenhausinfektionen.
Staphylococcus aureus-Bakterien
Pixabay
Bakterien haben eine Eigenschaft, die als natürliche Kompetenz bezeichnet wird. Dies beruht auf der Wirkung eines Proteinkomplexes in ihrer Membran, der externe DNA - von der Zelle, die sie infizieren, oder von anderen Bakterien in der Nähe - in das Bakterium transportieren und in seine eigene einbauen kann. Durch diesen Mechanismus verändern die Bakterien ihre eigene genetische Information. "Es ist eine Möglichkeit für sie, sich weiterzuentwickeln", sagt Daniel López, Leiter der Gruppe Molekularbiologie von Infektionen am CNB, der die Forschung geleitet hat.
Es stellte sich jedoch die Frage nach der genetischen Information, die für eine solche Funktion verantwortlich ist. "Es gibt viele Bakterienarten, die zwar über die Gene zur Herstellung dieser Maschinen verfügen, bei denen aber noch nie beobachtet wurde, dass sie in der Lage sind, Gene von außen zu erwerben. Eine Frage, die seit Jahrzehnten im Raum steht, lautet: Wie ist es möglich, dass die Gene für die natürliche Kompetenz in nicht-kompetenten Bakterien vorhanden sind", sagt López.
Die Antwort liefert die vorliegende Untersuchung. Sogenannte nicht-kompetente Bakterien verwenden Wettbewerbsgene, um extrazelluläre DNA einzubauen. Sie verwenden dieses Material jedoch nicht, um ihr Genom zu verändern, "sondern sie nutzen es als Nahrung und zur Fixierung ihres genetischen Materials".
Wenn pathogene Bakterien einen Wirt infizieren, müssen sie mit einem feindlichen Umfeld zurechtkommen, das hauptsächlich durch die Wirkung von Immunzellen verursacht wird, die zum Ort der Infektion geschickt werden. Der Erfolg eines Erregers hängt zum Teil von seiner Fähigkeit ab, die Immunabwehr zu bekämpfen und zu überleben, die zwei grundlegende Auswirkungen auf Bakterien hat. Die erste besteht darin, die Effizienz der Bakterien bei der Gewinnung von Nährstoffen und Energie durch herkömmliche Prozesse zu beeinträchtigen. Der zweite besteht darin, das Genom des Eindringlings zu beschädigen.
Julia García-Fernández, CNB-Forscherin und eine der Erstautoren der Studie, erklärt, dass " S. aureus in dieser Situation diese Maschinerie in Gang setzt, die auf zweierlei Weise wirkt: Einerseits lenkt sie den Stoffwechsel um, um langsamer zu wachsen, und fängt exogene DNA ein, die es ihm ermöglicht, den Schaden an seinem genetischen Material zu reparieren. "
Anpassung an die Immunantwort
S. aureus ist ein Erreger, der mit im Krankenhaus erworbenen Infektionen in verschiedenen Geweben und Organen wie Haut, Atemwegen und Knochen in Verbindung gebracht wird, von denen einige tödlich verlaufen. Die Prävalenz der Krankheit nimmt jedoch zu, auch in Gemeinschaftseinrichtungen wie Schulen oder Gefängnissen, wo die Betroffenen kein geschwächtes Immunsystem haben.
Ein Teil des Erfolgs von S. aureus liegt neben dem Erwerb von Antibiotikaresistenzen in der Fähigkeit des Mikroorganismus, sich metabolisch an die Immunantwort des Wirts anzupassen. Das Team des CNB-CSIC konnte nun entschlüsseln, dass diese Reaktion dank des natürlichen Konkurrenzgens comk erfolgt, dessen Funktion bisher als Transport von exogener DNA bekannt war.
Die Schäden, die während einer Infektion an der bakteriellen DNA auftreten, sind auf die freien Radikale, die reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), zurückzuführen, die von den Immunzellen bei ihrem Kampf gegen S. aureus produziert werden. Durch die Wirkung von comk kann das Genom repariert werden.
Darüber hinaus erschwert das Immunsystem während der Infektion die Atmung von S. aureus. Der Plan B des Bakteriums besteht darin, auf Gärung als Mechanismus der Zellatmung umzuschalten. Dieses System ist jedoch weit weniger effizient, wenn es um die Verwendung von Glukose geht. Forscher haben herausgefunden, welche Rolle comk bei der Verbesserung des Glukosestoffwechsels spielt, so dass es wettbewerbsfähig fermentieren kann.
Therapeutische Möglichkeit
Das Team testete die neue Funktion und stellte fest, dass die Bakterien durch den Angriff auf die Maschinerie nicht mehr in der Lage waren, sich zu infizieren und schließlich abstarben. "Dies ist ein wichtiger Fortschritt, nicht nur auf akademischer Ebene, sondern auch, weil der Mechanismus eine sehr wichtige Funktion hat, wenn es darum geht, Infektionen zu blockieren", sagt López.
Die Forschung öffnet die Tür für die Entwicklung von Molekülen, die auf das comk-Gen als therapeutische Möglichkeit abzielen. Die Therapie würde als Hilfe für das Immunsystem wirken, indem sie eine effiziente Fermentation und genetische Reparatur der Bakterien verhindert. Lopez' Gruppe am CNB arbeitet in dieser Richtung, indem sie per Computerscreening nach Verbindungen sucht, die natürlich konkurrierende Gene hemmen.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Spanisch finden Sie hier.
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