Wissenschaftler der FAU findet einen neuen regulatorischen Kontrollpunkt in der bakteriellen Genexpression, der helfen könnte Antibiotikaresistenzen zu überwinden

Eine Zelle kopiert Teile ihres Genoms als RNA, um die Herstellung von Proteinen, die sie für ihre normale Funktion benötigt, zu steuern.
Um auf die Umgebung reagieren zu können, müssen Zellen streng regulieren welche Proteine herzustellen sind. Dies geschieht primär durch Regulation der RNA-Produktion. Wie passen Zellen ihre RNA-Produktion an? Biophysiker des Universitätsklinikums Erlangen und der Universität von Oxford haben herausgefunden, dass die frühe Phase der RNA-Produktion ein Schlüsselpunkt in der Kontrolle der Regulation der Genexpression in Bakterien ist und dadurch einen neuen Ansatzpunkt für zukünftige Antibiotikaentwicklung darstellt.

In Bakterien wird die RNA mithilfe eines großen Proteinkomplexes, der RNA- Polymerase (RNAP) hergestellt. Die RNAP liest die DNA-Sequenz und stellt die RNA- Kopie her, indem sie Nukleotide, die fundamentalen Bausteine der RNA, während der sogenannten Transkription verbindet. Da die RNA-Produktion für das Überleben der Bakterien elementar ist, wurde diese massiv untersucht und als Ansatzpunkt für Antibiotika, zum Beispiel gegen Tuberkulose, genutzt. Dennoch war unklar, ob die RNA Produktion auch in der frühen Phase der Transkription, in der die RNAP gerade erst begonnen hat die ersten Bausteine der RNA zusammenzusetzen, reguliert wird Wissenschaftler des Universitätsklinikums Erlangen und der Universität von Oxford haben zusammen diese Fragestellung untersucht.

Das Team der Wissenschaftler hat, unter der Leitung von David Dulin, jetzt am Universitätsklinikum Erlangen, und Achillefs N. Kapanidis von der Universität von Oxford (Vereinigtes Königreich), High-End-Fluoreszenzmikroskopie benutzt, welche es ermöglicht hat einzelne RNAP Moleküle während des Beginns der RNA-Herstellung zu verfolgen. Die Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die initiale RNA Synthese tatsächlich stark reguliert ist; eine bestimmte DNA-Sequenz zwingt die RNAP für mehrere hundert Sekunden zu pausieren, bis es ihr wieder möglich ist mit der RNA Produktion fortzufahren. Diese Entdeckung verändert das bisherige Bild der initiale RNA- Synthese in Bakterien. „Die Tatsache, dass die RNAP für längere Zeit gleichzeitig an die DNA und das kurze RNA-Stück gebunden sein kann, war für uns sehr überaschend, da es dem bisherigen Wissensstand widerspricht“, sagt Dr. Dulin. Die Entdeckung dieses neuen regulatorischen Kontrollpunkts in der bakteriellen Genexpression kann einen neuen Ansatzpunkt für die Entwicklung von Antibiotika darstellen. „Zum Beispiel könnten wir Präparate entwickeln, die die RNAP in dem pausierten Zustand festhalten und dadurch die krankheitsverursachenden Bakterien töten“, stellt sich Dr. Dulin vor. Die Entwicklung neuer Antibiotika hat in letzter Zeit aufgrund der schnellen weltweiten Verbreitung von multiresistenten Bakterien an Priorität gewonnen.

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Dr. David Dulin
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