Molekulare Lockenwickler

Wie das Protein RemA die Bildung bakterieller Biofilme vermittelt
 

6. Oktober 2021

Biofilme sind gewebeartige Strukturen, in der Bakterien in enger Gemeinschaft zusammenleben. Ihre Entstehung ist medizinisch relevant, da Biofilme einen Schutz vor der Immunabwehr oder Antibiotike darstellen. Nun konnte ein Team um Max-Planck-Fellow Gert Bange zeigen, wie das Protein RemA aufgrund seiner ungewöhnlichen Struktur mit der DNA interagiert und damit die Biofilm-Entstehung steuert.

Das Bakterium Bacillus subtilis bildet Biofilme (links), wobei das Protein RemA (rechts) die beteiligten genetischen Prozesse steuert; das Modell zeigt RemA mit aufgewickelter DNA.

Um die Entstehung gewebeartiger Strukturen zu steuern – sogenannter Biofilme –, bildet das Protein RemA einen Ring, um den sich die DNA wickelt. Ein Team aus der Marburger Biologie und Chemie beschreibt diese Entdeckung im Wissenschaftsmagazin „Nature Communications“.

Als Biofilme bezeichnet die Wissenschaft Bakteriengemeinschaften, die in einer gewebeartigen Schicht zusammenleben. Biofilme besitzen große medizinische Bedeutung, immerhin schützt sich der Großteil der bekannten bakteriellen Krankheitserreger durch Biofilme vor der körperlichen Immunabwehr und vor Antibiotika.

Bei der Bakteriengruppe der Firmicutes schaltet das Protein RemA die drei wichtigsten Gengruppen an, die dazu führen, dass die Bakterien Biofilme bilden. „Wie dieses Molekül die Differenzierung der Zelle steuert, war in den mechanistischen Einzelheiten bisher noch nicht bekannt“, erklärt der Biochemiker Professor Dr. Gert Bange von der Philipps-Universität Marburg, der die Forschungsarbeit leitete.

Insbesondere wusste die Wissenschaft noch nicht, wie RemA mit denjenigen Abschnitten der Erbsubstanz DNA interagiert, die den Aufbau des Biofilms beeinflussen. Das Team klärte die Molekülstruktur von RemA auf, um die bestehende Forschungslücke zu schließen. Dabei kam heraus, dass sich acht Kopien des Proteins zu einem Ring zusammenschließen – die Forschungsgruppe vergleicht ihn mit einem Donut.

Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler analysierten RemA mit molekular-genetischen und struktur-biochemischen Mitteln. Hierfür taten sich die Arbeitsgruppen von Bange und dem Marburger Biologen Professor Dr. Erhard Bremer mit Professor Dr. Daniel Kearns von der Indiana University in den USA zusammen.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die DNA um den RemA-Ring wickeln kann, etwa wie das Haar um einen Lockenwickler. „Wird die Ringstruktur von RemA gestört, so funktioniert die komplette Bildung des Biofilmes nicht mehr“, sagt Erhard Bremer.

Die Biowissenschaften zählen zu den Profilbereichen der Marburger Forschung. Professor Dr. Gert Bange lehrt Biochemie am Fachbereich Chemie der Philipps-Universität Marburg. Er gehört dem Marburger Zentrum für Synthetische Mikrobiologie (SYNMIKRO) und dem Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg an, 2021 erhielt er einen ERC Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats. Professor Dr. Erhard Bremer lehrt Mikrobiologie an der Philipps-Universität und ist ebenfalls Mitglied von SYNMIKRO. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Studie durch ihren Marburger Sonderforschungsbereich 987.

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