Laut WHO sterben jedes Jahr circa 700.000 Menschen an den Folgen von Antibiotikaresistenzen, in Deutschland kann rund 6.000 Menschen nicht mehr geholfen werden. Vielfach verlieren die Medikamente ihre Wirkung und die multiresistenten Bakterien breiten sich umso stärker aus. In Zusammenarbeit mit Forschern um Achillefs Kapanidis von der University of Oxford haben die Wissenschaftler um Dr. David Dulin der FAU herausgefunden, dass an einem Punkt des Herstellungswegs der Proteine die Bakterien diesen regulieren können.
Die Forscher fanden heraus, dass die frühe Phase der Produktion von Ribonukleinsäure (RNA) ein Schlüsselpunkt in der Regulation der Genexpression von Bakterien ist. Genexpression ist die Bildung eines von einem Gen kodierten Genprodukts, vor allem Proteine oder RNA-Moleküle. Bakterien stellen die RNA mithilfe des Proteinkomplexes RNA-Polymerase (RNAP) her. Sie erstellt eine Kopie der RNA, indem sie Nukleotide – die fundamentalen Bausteine der RNA – während der Transkription verbindet.
Die Gruppen um Dulin und Kapanidis haben sich nun der Fragestellung gewidmet, wie die RNA-Produktion in der frühen Phase der Transkription reguliert wird. Die RNA-Produktion ist elementar für die Bakterien und wurde schon als Ansatzpunkt für Antibiotika genutzt, jedoch nicht diese frühe Arbeitsphase der RNAP.
Mithilfe von High-End-Fluoreszenzmikroskopie konnten die Wissenschaftler einzelne RNAP-Moleküle während des Beginns der RNA-Herstellung verfolgen. So fanden sie heraus, dass die initiale Genexpression stark reguliert ist: Eine bestimmte DNA-Sequenz zwingt die RNAP für mehrere Sekunden zu pausieren. Erst danach kann die RNAP die Produktion der RNA weiterführen.
Diese Erkenntnis wirft ein neues Bild auf die 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 überraschend, da es dem bisherigen Wissensstand widerspricht“, erläutert Dr. Dulin. Dieser neu entdeckte Kontrollpunkt in der RNA-Synthese kann für die Entwicklung neuer Antibiotika genutzt werden. „Zum Beispiel könnten Präparate entwickelt werden, die die RNAP in dem pausierten Zustand festhalten und dadurch die krankheitsverursachenden Bakterien töten“, stellt sich Dr. Dulin vor. Dies ist ein Hoffnungsschimmer im weltweiten Kampf gegen Antibiotikaresistenzen. (FAU, red)
David Dulin, David L. V. Bauer, Anssi M. Malinen, et al.: Pausing controls branching between productive and non-productive pathways during initial transcription in bacteria. Nature Communications 9/2018. DOI: 10.1038/s41467-018-03902-9.
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