Eine aktuelle Studie der Universität Kopenhagen könnte zu verbesserten Behandlungen von Infektionen führen, insbesondere im Kampf gegen Antibiotikaresistenz.
Bakterien, ähnlich wie eine Stadt unter ständigem Angriff, verfügen über ein Verteidigungssystem. Für jedes Bakterium gibt es etwa zehn Viren, bekannt als Bakteriophagen, die dafür gemacht sind, Bakterien anzugreifen, was potenziell schädliche Bakterien betrifft und zur Antibiotikaresistenz beiträgt.
Die Studie zeigt, dass Bakterien einen Abwehrmechanismus namens Zorya verwenden, um sich gegen virale Angriffe zu schützen. Dieses System kann virale Angriffe abfangen und die DNA des Virus zerstören, bevor sie sich replizieren kann.
„Viele der Abwehrmechanismen des Körpers führen zum Zelltod, da die Zelle sich opfert, um die Ausbreitung eindringender Viren zu verhindern. Wir waren überrascht zu sehen, dass das Zorya-System das Problem löst, ohne die Zelle zu schädigen, was einen erheblichen Vorteil darstellt,“ erklärte Nicholas Taylor, Forscher am Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research und Mitautor der Studie.
Diese Forschung wurde in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Humboldt-Universität in Deutschland, der University of Otago in Neuseeland, der ETH Zürich in der Schweiz und der Universität Oxford in England durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigen, dass Bakterien ihre molekularen Maschinen anpassen können, um viralen Infektionen entgegenzuwirken, Wissen, das in der Biotechnologie und der Arzneimittelentwicklung angewendet werden könnte.
„Unsere Kartierung des Zorya-Systems und seiner Fähigkeit, Bakteriophagen in den frühen Stadien einer Infektion abzufangen und zu bekämpfen, stellt bahnbrechendes neues Wissen über diesen Abwehrmechanismus dar,“ sagte Taylor.
Er fügte hinzu, dass diese Erkenntnis nicht nur das Verständnis bakterieller Abwehrmechanismen erhöht, sondern auch entscheidend bei der Entwicklung neuer Methoden zur Behandlung von antibiotikaresistenten Infektionen, künstlichen antiviralen Systemen und Medikamenten sein könnte, die die Abwehrmechanismen schädlicher Bakterien blockieren und somit die Wirksamkeit klinischer Behandlungen erhöhen.
„Darüber hinaus könnten unsere Ergebnisse zur Entwicklung antiviraler Abwehrmechanismen beitragen, die in der Lage sind, Virusinfektionen abzufangen,“ sagte Haidai Hu, der Hauptautor der Studie.
Um zu verstehen, wie das Zorya-System funktioniert, verwendeten die Forscher fortschrittliche Techniken, darunter Kryo-Elektronenmikroskopie, die es ermöglicht, winzige Strukturen zu sehen, Mutagenese zur Untersuchung der Genfunktion und Fluoreszenzmikroskopie, um in Zellen zu sehen. Auch die Proteomik wurde eingesetzt.
„Wir isolierten die Gene des Zorya-Systems - ZorAB, ZorC und ZorD - und übertrugen sie auf Bakterien, die nicht mit diesem System ausgestattet sind. Die modifizierten Bakterien erwiesen sich als besonders gut im Schutz gegen Virusinfektionen. Das Zorya-System kann also Viren bekämpfen, ohne dass die Zelle stirbt,“ sagte Nicholas Taylor.
„Wir verwendeten Kryo-Elektronenmikroskopie, um ZorAB zu untersuchen, das am besten als kleiner Motor beschrieben werden kann, der mit Protonen betrieben wird. Der Motor hilft Bakterien, Virusangriffe zu erkennen und sendet Signale, die andere Teile des Zorya-Systems aktivieren, die dann die DNA des Virus zerstören und so dessen Ausbreitung verhindern.”
Die Studie stellt einen wichtigen Fortschritt im Verständnis der Abwehrmechanismen von Bakterien dar. Der nächste Schritt besteht darin, das Zorya-System weiter zu untersuchen und sein biotechnologisches sowie medizinisches Potenzial zu beleuchten.