News: Immunsystem von Salmonellen analysiert
Pathogene Bakterien verhindern mit einem regulierbaren Abwehrprotein, dass Fremd-Gene in ihrem Inneren abgelesen werden. Das dafür verantwortliche bakterielle Schutzeiweiß H-NS und seinen Wirkmechanismus haben nun Forscher um Ferric Fang von der Universität von Washington in Salmonella-Keimen entdeckt.
H-NS (histone-like nucleoid structuring protein) ist in grampositiven Bakterien besonders wichtig, solange sie außerhalb eines Wirtes wachsen, wo eindringende Fremd-DNA gewöhnlich eine Bedrohung der Keime darstellt. Das Abwehrprotein erkennt dort eingeschleppte fremde Gene an deren insgesamt niedrigeren Gehalt von Guanin- und Cytosin-Basen (GC) im Erbgut und schaltet sie daraufhin aus, berichten die Forscher. Dazu fungiert das Enzym als Transkriptions-Repressor, verändert aber auch – analog der Histone von höheren Zellen – die Superstruktur der DNA.
Dieser Mechanismus muss jedoch selbst deaktiviert werden, wenn die Keime etwa einen Wirt infizieren wollen: Hier sind etwa Salmonellen darauf angewiesen, bestimmte Pathogenitätsgene zu aktivieren, die im Laufe der Evolution von fremden Bakterien durch horizontalen Gentransfer importierte wurden. Aktives H-NS würde dies aber verhindern, weil auch viele dieser Fremd-Gene eher GC-arm sind, erklären die Forscher. In diesem Fall konkurrieren aber weitere Enzyme mit H-NS und heben dessen Wirkung auf. Mit H-NS stünde den Bakterien ein selektiv einzusetzendes Werkzeug zur Verfügung, so Fang, das Fremdgene gezielt erkennen kann, sie aber nur dann auch ausschaltet, wenn sie keinen Fitness-Vorteil bieten.
Der Wirkmechanismus von H-NS könnte auch die bislang unverstandene Beobachtung erklären, nach der gerade viele pathogene Keime einen relativ hohen Adenin/Thymin-Basen-Gehalt (AT) aufweisen, während in Bakterien-Genomen insgesamt eher ein hoher Gehalt an der GC-Basenpaarungen typisch ist. Die Wissenschaftler spekulieren, dass ein bakterientypisch hoher GC-Gehalt H-NS primär erleichtert, Fremd von Eigen-DNA zu unterscheiden. Pathogene Keime hätten dann aber einen Weg gefunden, H-NS selektiv auch zu bremsen und könnten daher häufiger auch AT-reiche Fremd-DNA integriert haben.
Ihre Erkenntnisse könnten insbesondere in der Biotechnologie wichtig sein, glauben Fang und Kollegen: Wenn das H-NS-System von Bakterien besser verstanden ist umgangen wird, könnten Bakterien effizienter dazu gebracht werden Fremd-Proteine zu produzieren, hoffen die Wissenschaftler.
H-NS (histone-like nucleoid structuring protein) ist in grampositiven Bakterien besonders wichtig, solange sie außerhalb eines Wirtes wachsen, wo eindringende Fremd-DNA gewöhnlich eine Bedrohung der Keime darstellt. Das Abwehrprotein erkennt dort eingeschleppte fremde Gene an deren insgesamt niedrigeren Gehalt von Guanin- und Cytosin-Basen (GC) im Erbgut und schaltet sie daraufhin aus, berichten die Forscher. Dazu fungiert das Enzym als Transkriptions-Repressor, verändert aber auch – analog der Histone von höheren Zellen – die Superstruktur der DNA.
Dieser Mechanismus muss jedoch selbst deaktiviert werden, wenn die Keime etwa einen Wirt infizieren wollen: Hier sind etwa Salmonellen darauf angewiesen, bestimmte Pathogenitätsgene zu aktivieren, die im Laufe der Evolution von fremden Bakterien durch horizontalen Gentransfer importierte wurden. Aktives H-NS würde dies aber verhindern, weil auch viele dieser Fremd-Gene eher GC-arm sind, erklären die Forscher. In diesem Fall konkurrieren aber weitere Enzyme mit H-NS und heben dessen Wirkung auf. Mit H-NS stünde den Bakterien ein selektiv einzusetzendes Werkzeug zur Verfügung, so Fang, das Fremdgene gezielt erkennen kann, sie aber nur dann auch ausschaltet, wenn sie keinen Fitness-Vorteil bieten.
Der Wirkmechanismus von H-NS könnte auch die bislang unverstandene Beobachtung erklären, nach der gerade viele pathogene Keime einen relativ hohen Adenin/Thymin-Basen-Gehalt (AT) aufweisen, während in Bakterien-Genomen insgesamt eher ein hoher Gehalt an der GC-Basenpaarungen typisch ist. Die Wissenschaftler spekulieren, dass ein bakterientypisch hoher GC-Gehalt H-NS primär erleichtert, Fremd von Eigen-DNA zu unterscheiden. Pathogene Keime hätten dann aber einen Weg gefunden, H-NS selektiv auch zu bremsen und könnten daher häufiger auch AT-reiche Fremd-DNA integriert haben.
Ihre Erkenntnisse könnten insbesondere in der Biotechnologie wichtig sein, glauben Fang und Kollegen: Wenn das H-NS-System von Bakterien besser verstanden ist umgangen wird, könnten Bakterien effizienter dazu gebracht werden Fremd-Proteine zu produzieren, hoffen die Wissenschaftler.
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