Wie Durchfallerreger bei Körpertemperatur auf Angriff schalten

Was genau auf molekularer Ebene passiert, wenn der Durchfallerreger Yersinia pseudotuberculosis auf Angriff schaltet, haben Forschende der Ruhr-Universität Bochum (RUB) untersucht. Sie nahmen dazu sogenannte RNA-Thermometer unter die Lupe, die den Bakterien signalisieren, ob sie sich im Wirt befinden. In Kooperation mit Kollegen des Helmholtz-Instituts für Infektionsforschung Braunschweig zeigten sie außerdem, dass Bakterien mit deaktiviertem RNA-Thermometer keine Infektion mehr auslösen können.

Bei 37 Grad schmilzt RNA-Thermometer auf

„Aus vorangegangenen Arbeiten wussten wir, dass Yersinia-Bakterien sehr sensibel auf Temperaturänderungen reagieren und die Anwesenheit in ihrem Wirt anhand der Körpertemperatur erkennen“, sagt Prof. Dr. Franz Narberhaus. Verantwortlich für die Temperaturmessung sind die RNA-Thermometer. Dabei handelt es sich um Abschnitte in der Boten-RNA vieler Gene, die den Bauplan für die krankmachenden Substanzen enthalten. Bei niedrigen Temperaturen, also außerhalb des Wirts, verhindern die RNA-Thermometer, dass die RNA abgelesen und in Proteine übersetzt wird. Erst nach erfolgreicher Infektion des warmblütigen Wirtes, also bei einer Temperatur von etwa 37 Grad Celsius, schmelzen die RNA-Strukturen auf. Dann können sie in Proteine umgeschrieben werden, die eine für den Wirt schädliche Wirkung entfalten. In der aktuellen Publikation beschreiben die Forschenden den zugrunde liegenden Schmelzmechanismus des RNA-Thermometers für einen der Giftstoffe von Yersinia pseudotuberculosis, das CnfY-Toxin.

Bakterien ohne funktionelle Thermometer machen nicht krank

Der Bochumer Doktorand Christian Twittenhoff zeigte anhand von isolierten Zellbestandteilen des Durchfallerregers, an welchen Stellen das RNA-Thermometer für das CnfY-Toxin aufschmilzt und welche Struktur es dabei annimmt. Sein Modell dokumentiert, wie sich das Thermometer öffnet. Es zeigt auch, wie das Ribosom an die Boten-RNA andockt. „Die Ergebnisse haben gezeigt, wie wichtig ganz kurze regulatorische RNA-Sequenzen für den erfolgreichen Infektionsverlauf eines Bakteriums sein können“, so Twittenhoff. Er verglich das Gen des CnfY-Toxins mit Toxin-Genen anderer Krankheitserreger mithilfe von bioinformatischen Methoden. Die Analyse legt nahe, dass auch andere Toxin-Gene durch RNA-Thermometer reguliert sein könnten. „Obwohl die Sequenzen sehr unterschiedlich sind, können wir vorhersagen, welche RNA-Strukturen vermutlich als Thermometer fungieren“, erklärt er. Grundsätzlich könne man einer bakteriellen Infektion vorbeugen, indem man das Aufschmelzen solcher RNA-Strukturen verhindere.

Twittenhoff C et al. An RNA thermometer dictates production of a secreted bacterial toxin, in: PLoS Pathogens, 2019.

Quelle: Ruhr-Universität Bochum