PM Kontrollierter Giftmord

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Kontrollierter Giftmord

Studie gibt tieferen Einblick in die Regulation bakterieller Wirkstoffe


Frankfurt, 03.11.2020. In der Natur leben häufig verschiedene Organismen miteinander in Symbiose – und profitieren damit voneinander. Dies trifft auch auf bestimmte Fadenwürmer zu, die gemeinsam mit Bakterien ihre Beute „erlegen“. Sobald die Fadenwürmer in ihr Opfer, vorzugsweise Insektenlarven, eingedrungen sind, übernehmen die Bakterien aus ihrem Darm die Regie und töten die Larve mit giftigen Substanzen. Hilfreicher Nebeneffekt: Die so vergiftete Larve wird von Konkurrenten bei der Nahrungssuche verschmäht. Ein Team von Wissenschaftler*innen aus Frankfurt am Main und Jena identifizierte nun einen Regulator, der die bei diesem Beutezug ablaufenden biologischen Prozesse maßgeblich beeinflusst. Die gemeinsame Publikation ist online in der Fachzeitschrift „Nature Microbiology“ veröffentlicht.

Die Bakterien, die die Fadenwürmer mit ihrem Gift unterstützen, entstammen den Gattungen Photorhabdus und Xenorhabdus. Gemeinsam bilden sie eine sogenannte obligatorische Symbiose; beide Partner sind aneinander gebunden und können in der Natur nicht ohne den anderen existieren. Während der Fadenwurm von der Giftbildung seines Bakteriums profitiert, erhält das Darmbakterium einen geschützten und passenden Lebensraum. Dort produziert es dann eine komplexe Mischung verschiedener Moleküle, sogenannte Sekundärmetabolite, die in diesem Fall giftig wirkt.

Sekundärmetabolite spielen auch in der Humanmedizin eine wichtige Rolle. So basieren zum Beispiel viele der klinisch genutzten Antibiotika und Krebsmedikamente auf bakteriellen Sekundärmetaboliten.

Wie die Bildung dieses Sekundärstoff-Cocktails reguliert wird, ist zum Teil bereits erforscht – nicht jedoch, welche Rolle kleinen Ribonukleinsäuren (sRNA) dabei zukommt. Diese existieren in nahezu allen Mikroorganismen und übernehmen hier eine wichtige Funktion bei der Kontrolle der Proteinproduktion. Die an der Studie beteiligten Wissenschaftler*innen konnten nun eine entscheidende Beteiligung dieser sRNAs an der Produktion der Sekundärmetabolite nachweisen: Die als „ArcZ“ bezeichnete sRNA beeinflusst etwa 15 Prozent aller Gene der Bakterien – darunter alle Gene, die an der Bildung der Sekundärmetabolite mitwirken.

„Die Produktion der Sekundärmetabolite scheint auch in vielen anderen Bakteriengattungen abhängig von ArcZ zu sein“, erklärt Helge Bode, Professor für Molekulare Biotechnologie an der Goethe-Universität Frankfurt und am LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik (TBG). „Durch die Aufklärung des zugrundeliegenden Mechanismus können wir nun auch in diesen Bakterien gezielt neue Sekundärmetabolite produzieren, die möglicherweise in Zukunft auch klinisch eingesetzt werden können“, ergänzt Nick Neubacher, Doktorand an der Goethe-Universität Frankfurt und Erstautor der Publikation.

„Unsere Arbeit verknüpft damit zwei Forschungsgebiete, die bisher nahezu keine Berührungspunkte haben: die Forschung an regulatorischen RNAs und an Sekundärmetaboliten“, erläutert Kai Papenfort, Professor für Allgemeine Mikrobiologie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena und am dortigen Exzellenzcluster „Balance of the Microverse“.

So ist diese Forschung eine enge Teamarbeit von Wissenschaftler*innen verschiedener Disziplinen und wurde neben der Federführung im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 902 „Molecular Principles of RNA-based Regulation“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft unter anderem auch vom Exzellenzcluster 2051 „Balance of the Microverse“ und dem LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik (TBG) unterstützt.

Publikation in Nature Microbiology:

Nick Neubacher, Nicholas J. Tobias, Michaela Huber, Xiaofeng Cai, Timo Glatter, Sacha J. Pidot, Timothy P. Stinear, Anna Lena Lütticke, Kai Papenfort and Helge B. Bode:

„Symbiosis, virulence and natural-product biosynthesis in entomopathogenic bacteria are regulated by a small RNA”

https://www.nature.com/articles/s41564-020-00797-5

Sonderforschungsbereich 902 „Molecular Principles of RNA-based Regulation“

RNA-Moleküle nehmen eine wichtige Rolle in der Regulation zellulärer Prozesse in allen Organismen ein. Über 90 Prozent des humanen Genoms wird in nicht-kodierende RNAs transkribiert, die faszinierende dreidimensionale Strukturen annehmen können und sowohl enzymatische als auch regulative Funktionen ausüben. RNA steuert somit weitere Ebenen der Komplexität, Stringenz und Kontrolle zu den verschachtelten Regulationsnetzwerken in Zellen und Organismen bei. Diese Ebenen schließen Regulation von Transkription, Translation, Spleißen von pre-mRNA, mRNA-Abbau und -Transport mit ein – jeder dieser Aspekte wird im SFB 902 mit großem Erfolg beleuchtet. Langfristiges Ziel ist es, die Rolle und das Potential von RNA bei der Regulation zellulärer Funktionen zu untersuchen.

www.sfb902.de

 

Exzellenzcluster 2051 „Balance of the Microverse“

Der Erforschung des Mikroversums widmet sich der Exzellenzcluster „Balance of the Microverse“ (EXC 2051) der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Das Ziel der beteiligten Wissenschaftler*innen ist es, ein ganzheitliches Verständnis für Mikroorganismen, ihre Interaktionen und Kommunikation untereinander sowie mit ihrer Umwelt zu schaffen. Im Fokus stehen dabei die Faktoren, die das Gleichgewicht im Mikrobiom erhalten oder wiederherstellen. Aus den Erkenntnissen sollen zukünftig unter anderem innovative Therapieansätze in der Medizin und umweltfreundliche Möglichkeiten zur Schädlingsbekämpfung in der Landwirtschaft abgeleitet werden können.

https://microverse-cluster.de

Das LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik (TBG) ist eine gemeinsame Forschungseinrichtung der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, der Goethe-Universität Frankfurt, der Justus-Liebig-Universität Gießen und des Fraunhofer Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie IME. Das Zentrum wird zunächst von der Hessischen Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (LOEWE) finanziert und nahm im Januar 2018 seinen Betrieb auf. Der zentrale Fokus liegt in der Ausweitung der Biodiversitätsforschung in die genomische Basis biologischer Diversität. Die Erkenntnisse stehen für Grundlagen- und angewandte Forschung zur Verfügung. Ziel ist es auch, die grundlegende Erforschung von Genomen einer breiten Organismenvielfalt mit der Entwicklung anwendungsfähiger Dienstleistungen und Produkte zu verbinden. https://tbg.senckenberg.de/

PM Kontrollierter Giftmord

Fadenwürmer der Art Steinernema tragen Bakterien in ihrem Darm, deren giftige Stoffwechselprodukte zum Beispiel Insektenlarven töten können. Dabei spielen kleine Ribonukleinsäuren (sRNA) eine wichtige Rolle.

Foto: D. Kucharski, K. Kucharska/Shutterstock.com