Medizin am Abend Fazit:
Seit 2010 ist der Erreger des Keuchhustens weltweit wieder auf dem Vormarsch. Forscher vom Biozentrum der Universität Basel haben nun die Struktur und Funktionsweise eines wichtigen Membranproteins des Keuchhustenerregers untersucht. Dabei entdeckten sie, dass dessen Struktur anders ist als lange Zeit angenommen. Ihre in «Nature Communications» veröffentlichten Erkenntnisse liefern die Grundlage zur Entwicklung neuer Behandlungsmöglichkeiten von Keuchhusten.
Zahlreiche winzige Proteinporen sitzen in der äusseren Membran des Keuchhustenerregers Bordetella pertussis. Durch diese Poren sondert der Erreger Proteine ab, mit denen er sich an die Schleimhäute der Atemwege anheftet und widerstandsfähige Biofilme bildet.
Um zu verstehen, wie diese Membranproteine ihr Substrat befördern, haben sich die Strukturbiologen Prof. Timm Maier und Prof. Sebastian Hiller vom Biozentrum der Universität Basel eine dieser Poren genauer angeschaut.
Struktur des Membranproteins anders als vermutet
Membranen sind Barrieren im Kleinformat. Sie schirmen die Zelle von der Aussenwelt ab und schützen sie so. Dennoch können bestimmte Moleküle diese Barriere an speziell für sie eingerichteten Übergängen nach innen und nach aussen passieren. So einen Grenzposten stellt das Membranprotein FhaC im Keuchhustenkeim dar.
Es sitzt in der äusseren Hülle der Doppelmembran und schleust ein Protein – das Adhäsin FHA – durch die Membran aus der Zelle hinaus. Dieses Protein ermöglicht es dem Bakterium sich anzuheften und spielt daher eine wichtige Rolle in der Keuchhusteninfektion.
Bereits im Jahr 2007 wurde die Struktur sowie die Funktionsweise von FhaC in der Fachzeitschrift «Science» publiziert. Die damaligen Ergebnisse mussten nun teilweise revidiert werden. «Aufgrund unserer Daten kommen wir zu dem Schluss, dass die zuvor postulierte Struktur und Funktionsweise des FhaC-Proteins fehlerhaft war», sagt Maier. Gemeinsam mit den Autoren der damaligen Studie konnten die Forscher vom Biozentrum die Ergebnisse nun korrigieren.
«Unsere Untersuchungen haben ergeben, dass das FhaC-Protein entgegen der früheren Annahme die gleiche Architektur besitzt, wie solche Proteine, die neue Membranproteine einbauen», erklärt Maier. Die Strukturanalyse gab aber noch weitere Details preis. So verschliesst ein schraubenförmiger Proteinabschnitt die Pore wie ein Pfropfen. Wenn nun Adhäsin an das Membranprotein FhaC andockt, dann löst sich der Pfropfen und es gelangt durch die Pore nach aussen.
Grundlage für neue Therapien bei Keuchhusten
Keuchhusten ist in der Schweiz eine gut kontrollierte Erkrankung. Dennoch steigt die Zahl der Krankheitsfälle seit 2010 wieder an. Neue Therapieansätze sind deshalb gefragt. «Mit gezielten Hemmstoffen liesse sich die Funktion des FhaC-Proteins erheblich beeinträchtigen und so letztlich das Anheften der Keime an die Wirtszellen verhindern», erklärt Maier. «Der Vorteil liegt auf der Hand: Man kann auf Antibiotika verzichten und so Resistenzen vermeiden.» Die Strukturbiologen wollen dafür auch zukünftig weitere Grundlagen liefern. Sie möchten herausfinden, welche Rolle die einzelnen Proteinbestandteile beim Transport des Substrates spielen.
Originalbeitrag
Timm Maier, Bernard Clantin, Fabian Gruss, Frédérique Dewitte, Anne-Sophie Delattre, Françoise Jacob-Dubuisson, Sebastian Hiller & Vincent Villeret
Conserved Omp85 lid-lock structure and substrate recognition in FhaC
Nature Communications; published online 10 June 2015, doi: 10.1038/ncomms8452
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