Hurra, ich bin im Wirt!

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Nummer 97 - Bochum, 23.03.2012

Hurra, ich bin im Wirt!

RNA-Thermometer: der molekulare Reißverschluss

RUB-Biologie: Wie Bakterien die Körpertemperatur messen

Bakterien messen die Umgebungstemperatur und setzen ihr krankmachendes „Programm“ erst ab einem bestimmten Wert in Gang – in einem Warmblüter bei exakt 37 Grad. Diese Temperatur zeigt ihnen, dass sie erfolgreich ihren menschlichen oder tierischen Wirt besiedelt haben. Der grundlegende Prozess solch bakterieller RNA-Thermometer funktioniert wie ein molekularer Reißverschluss, berichten Forscher der RUB in Nature Reviews Microbiology. Die Schlüsselrolle spielt die Boten-RNA (mRNA) – das ist die Abschrift der genetischen Information der DNA. Je nach Temperatur ist sie unterschiedlich gefaltet. Steigt die Temperatur an, schmilzt die RNA-Struktur auf und gibt eine Bindestelle zur Proteinsynthese frei.

RNA-Thermometer beim Pest-Verwandten

Die aktuellen Ergebnisse von Prof. Dr. Franz Narberhaus (Fakultät für Biologie und Biotechnologie der RUB) und Dr. Jens Kortmann (ehemals RUB, Stanford School of Medicine) basieren auf einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit dem Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig und mit Wissenschaftlern aus Umeå (Schweden). Vor kurzem veröffentlichte das Team eine Arbeit über die Bedeutung des RNA-Thermometers in Yersinia pseudotuberculosis. Dieser nahe Verwandte des Pesterregers Yersinia pestis löst in Deutschland jedes Jahr mehrere Tausend Fälle von Durchfallerkrankungen mit teilweise schweren Folgeerscheinungen aus. Prof. Narberhaus und Dr. Kortmann haben das an diesem Prozess beteiligte RNA-Thermometer detailliert untersucht.

Bestimmte Temperatur löst Kettenreaktion aus

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Bakterien die Temperatur messen, weil nahezu alle zellulären Prozesse durch die Temperatur beeinflusst werden. Weit verbreitet sind RNA-Thermometer, die in die Boten-RNA eingebaut sind. Sie nutzen einen einfachen Trick: Bei niedrigen Temperaturen ist die mRNA zwar vorhanden, aber der Thermometer-Bereich ist so gefaltet, dass Ribosomen keinen Zugang haben. Ribosomen sind die „Maschinerie“ zur Proteinsynthese. Ist ihre Bindestelle blockiert, wird die Synthese der in der mRNA verschlüsselten Proteine verhindert. Bei höheren Temperaturen – ab 37 Grad – können die Ribosomen an ihre Bindestelle andocken und mit der Proteinbiosynthese beginnen. Genau dieses Prinzip verwenden Yersinien zur Synthese des LcrF-Proteins, das den Infektionsprozess im Wirt steuert. Seine mRNA kann bei niedrigen Temperaturen nicht abgelesen werden. Bei 37 Grad jedoch schmilzt die vorliegende RNA-Struktur auf, LcrF wird gebildet und stellt die Synthese von krankmachenden Faktoren an.

Das Aufschmelzen verhindern

„Der Schmelzprozess ist nicht nur einfach und reversibel, sondern auch sehr präzise und effizient, so dass er zur Steuerung einer ganzen Reihe von zellulären Prozessen dient“, sagt Prof. Narberhaus. Durch Austausch nur weniger Bausteine in der LcrF-Matrize gelang es die mRNA soweit zu stabilisieren, dass sie bei 37 Grad nicht aufschmelzen konnte. Das hatte dramatische Konsequenzen für den Krankheitsverlauf. Während Mäuse normalerweise innerhalb von wenigen Tagen an einer Yersinia-Infektion sterben, überlebten sämtliche Mäuse eine Infektion mit den veränderten Yersinien.

Krankheitserreger entwaffnen

„Wir untersuchen inzwischen auch RNA-Thermometer von anderen Krankheitserregern“, so Narberhaus. „Es deutet alles darauf hin, dass ein Eingriff in die Temperaturmessung die Virulenz ebenfalls deutlich reduziert. Substanzen, die solche RNA-Strukturen stabilisieren, könnten somit gegen zahlreiche infektiöse Bakterien wirksam sein.“ Langfristiges Ziel der Forscher ist, den Mechanismus auszunutzen und ihn so zu kontrollieren bzw. zu manipulieren, dass sich daraus Alternativen zu den immer häufiger wirkungslosen Antibiotika entwickeln lassen.

TItelaufnahmen

J. Kortmann, F. Narberhaus (2012): Bacterial RNA thermometers: Molecular zippers and switches. Nature Reviews Microbiology. 10:255-265.

K. Böhme, R. Steinmann, J. Kortmann, S. Seekircher, A.K. Heroven, E. Berger, F. Pisano, T. Thiermann, H. Wolf-Watz, F. Narberhaus, P. Dersch (2012): Concerted actions of a thermo-labile regulator and a unique intergenic RNA thermosensor control Yersinia virulence. PLoS Pathogens. 8:e1002518.

Redaktion

Jens Wylkop
Pressestelle RUB

Weitere Informationen

Prof. Dr. Franz Narberhaus, Lehrstuhl für Biologie der Mikroorganismen, Fakultät für Biologie und Biotechnologie, Ruhr-Universität Bochum, Tel. 0234/32-23100
franz.narberhaus@rub.de

 

Angeklickt

 

Yersinia

Yersinia pseudotuberculosis auf einer Wirtszelle

© HZI Braunschweig (Manfred Rohde)
Download (580.0 kB)


RNA-Thermometer

Funktionsweise eines RNA-Thermometers

© PRof. Narberhaus, RUB
Download (67.7 kB)