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Bakterien-Gen Gezielter Angriff auf Speicherproteine reguliert Eisenhaushalt in Bakterien

| Redakteur: Doris Popp

Verschiedene Bakterienarten enthalten eine Art Marker-Gen. Damit wird eine komplexe Zell-Maschinerie gestartet, die Proteine verdaut und recycled. Jülicher Wissenschaftler fanden heraus, dass das Marker-Gen auch für den Eisenhaushalt und damit das Wachstum der Zelle eine wichtige Rolle spielt.

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Mit dem Corynebacterium glutamicum werden jährlich mehrere Millionen Tonnen Aminosäuren produziert, wie zum Beispiel der Futtermittelzusatz L-Lysin. Das Bakterium dient jedoch auch als ungefährlicher Modellorganismus für den eng verwandten Erreger der Tuberkulose, mit dem es viele Gemeinsamkeiten hat. (Bildausschnitt)
Mit dem Corynebacterium glutamicum werden jährlich mehrere Millionen Tonnen Aminosäuren produziert, wie zum Beispiel der Futtermittelzusatz L-Lysin. Das Bakterium dient jedoch auch als ungefährlicher Modellorganismus für den eng verwandten Erreger der Tuberkulose, mit dem es viele Gemeinsamkeiten hat. (Bildausschnitt)
(Bild: Forschungszentrum Jülich)

Jülich – Die neuen Erkenntnisse könnten beim Kampf gegen Infektionskrankheiten wie Tuberkulose helfen. Die in den Proceedings of the National Academy of Sciences USA publizierte Jülicher Arbeit wurde von der Fachzeitschrift Science Signaling als Editor’s Choice ausgewählt.

Die Biotechnologen des Jülicher Instituts für Bio- und Geowissenschaften studieren seit Jahren das Corynebacterium glutamicum. Mit dem Bodenbakterium werden jährlich mehrere Millionen Tonnen Aminosäuren produziert, zum Beispiel der Futtermittelzusatz L-Lysin. Das Bakterium dient aber auch als ungefährlicher Modellorganismus für den eng verwandten Erreger der Tuberkulose, mit dem es viele Gemeinsamkeiten hat. Eine davon ist ein Marker-Gen, das als Matrize für ein „prokaryotisches Ubiquitin-artiges Protein“ dient – ein Marker-Protein. Im Tuberkuloseerreger ist es die erste Komponente in einer komplexen Zell-Maschinerie, die Proteine erst entfaltet und dann abbaut, sodass ihre Aminosäure-Bausteine wiederverwendet werden können. „Das Marker-Protein wird mit ausgewählten anderen Proteinen verbunden und markiert sie auf diese Weise für den schrittweisen Abbau“, erklärt Michael Bott, Leiter des Forschungsbereichs Systemische Mikrobiologie. „Die letzte Komponente dieser Demontage-Maschinerie ist das Proteasom, eine Art Proteinhäcksler der Zelle.“ Dieses Element existiert jedoch nicht im Corynebacterium glutamicum. Doch was ist dann dort die Aufgabe des Marker-Gens?

Um diese Frage zu beantworten, entfernten die Jülicher Wissenschaftler das Marker-Gen aus dem Genom von Corynebakterien und verfolgten ihr Wachstum unter unterschiedlichen äußeren Bedingungen. Nur in einer der über zwanzig Testreihen zeigte sich ein messbarer Effekt: Eine mangelhafte Versorgung mit Eisen führte zu stark verringertem Wachstum der genetisch veränderten Bakterien.

„Eisen ist ein Spurenelement, das von Bakterienzellen in relativ großen Mengen gebraucht wird“, erklärt Bott. „Viele essenzielle Proteine sind eisenhaltig, für ihre Herstellung wird deshalb Eisen benötigt. Andererseits darf eine Zelle auch nicht zu viel freies Eisen enthalten, denn in Verbindung mit Sauerstoff kann es zu einem Zellgift werden.“ Deshalb verfügen Zellen über Eisenspeicher, die so genannten Ferritine. Diese Proteinkomplexe haben die Form einer Hohlkugel und können Eisen in einer ungefährlichen Form einkapseln, sodass es bei Bedarf zur Verfügung steht.

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