24.07.2020 - Universität Bayreuth

Neue hochinteressante Perspektiven für die Antibiotika-Forschung

Wegweisende Studie zur Proteinbiosynthese in Bakterien

Forscher der Universität Bayreuth und der Columbia University in New York berichten in der Zeitschrift „iScience“ über wegweisende Erkenntnisse zur Proteinbiosynthese in Bakterien. Das kleine Protein NusG verknüpft zwei molekulare Maschinen, die bei der Genexpression, der Herstellung bakterieller Proteine auf der Basis von Erbinformationen, zusammenwirken: die RNA-Polymerase und das Ribosom. Die molekulare Brücke versetzt die Bakterienzelle in die Lage, die zeitlich aufeinander folgenden Abschnitte der Genexpression, die Transkription und die Translation, optimal aufeinander abzustimmen. Sie könnte deshalb ein hervorragend geeigneter Angriffspunkt für künftige antibiotische Wirkstoffe sein.

In allen Lebewesen ist die Genexpression ein zweistufiger Prozess: Zunächst werden die in der DNA gespeicherten Erbinformationen als Vorlage genutzt, um auf dieser Basis Ribonukleinsäuren, sogenannte messenger-RNAs (mRNAs), zu synthetisieren. Dadurch werden die Erbinformationen in eine für die Zelle unmittelbar verwertbare Form gebracht. Für diesen Vorgang, die Transkription, ist die RNA-Polymerase zuständig. Die messenger-RNAs wiederum enthalten die molekularen Baupläne, die vom Ribosom erkannt und für die Herstellung entsprechender Proteine, die Translation, genutzt werden. Bei Menschen und Tieren sind diese beiden Abschnitte der Genexpression räumlich und biochemisch klar getrennt. In den Zellen von Bakterien sind sie hingegen, wie man schon seit mehr als 50 Jahren weiß, aneinander gekoppelt.

Bereits vor zehn Jahren publizierte eine Bayreuther Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Paul Rösch in „Science“ erste Indizien dafür, dass die Kopplung durch das Protein NusG verursacht sein könnte. Doch erst jetzt gelang der Forschungsgruppe von Dr. Stefan H. Knauer in Zusammenarbeit mit Partnern an der Columbia University, New York, der erste, direkte strukturelle Nachweis. NusG besteht aus zwei flexibel verbundenen Bereichen: einer aminoterminalen Domäne (NTD) und einer carboxyterminalen Domäne (CTD). Die CTD bindet an das Ribosom, die NTD an die RNA-Polymerase. Auf diese Weise bildet NusG –eine flexible Brücke zwischen den zentralen Maschinen der Genexpression, ähnlich einer beweglichen Kupplung zwischen Eisenbahnwaggons. Diese Verbindung bewirkt, dass Transkription und Translation zeitlich aufeinander abgestimmt sind. Experimente mit hochauflösender magnetischer Kernresonanz-Spektroskopie (NMR), die am Nordbayerischen NMR-Zentrum der Universität Bayreuth durchgeführt wurden, haben diese Zusammenhänge eindeutig sichtbar gemacht.

„Damit eröffnen sich hochinteressante Perspektiven für die Entwicklung antibiotischer Wirkstoffe. Wenn es gelingt, diesen molekularen Brückenbau zu verhindern, könnte die bakterielle Proteinsynthese und damit auch die Vermehrung von Bakterien empfindlich gestört werden – und zwar ohne dass der menschliche Organismus dadurch beeinträchtigt wird. Wir konnten in dieser Hinsicht schon erste vielversprechende Forschungsergebnisse erzielen“, sagt Dr. Stefan Knauer. „Der Nachweis für die zentrale Rolle von NusG bei der bakteriellen Proteinbiosynthese ist uns vor allem dadurch gelungen, dass wir strukturbiologische, biochemische und molekularbiologische Verfahren miteinander kombiniert haben. Diese interdisziplinäre Herangehensweise wollen wir auch bei der Suche nach effizienten Wirkstoffen weiter verfolgen“, ergänzt Mitautor Philipp Zuber M.Sc., der an der Universität Bayreuth promoviert und hier das Elitestudienprogramm "Macromolecular Science" im Rahmen des Elitenetzwerks Bayern absolviert hat.

Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • Proteinbiosynthese
  • Bakterien
  • Genexpression
  • Transkription
  • Antibiotika

Mehr über Uni Bayreuth

  • News

    Auf dem Weg zu Wirkstoffen gegen altersbedingte Erkrankungen

    Auf der Suche nach Wegen, altersbedingte Erkrankungen des Menschen effektiv zu bekämpfen, ist das Enzym Sirtuin 6 (Sirt6) in den Fokus der biochemischen Forschung gerückt. Eine gezielte Aktivierung von Sirt6 könnte derartige Erkrankungen, zum Beispiel einige Krebsarten, verhindern oder absc ... mehr

    Neuartige Helfer für die Biomedizin: Magnetische Nanopartikel aus Bakterien

    Magnetische Nanopartikel aus Bakterien könnten schon bald eine bedeutende Rolle in der Biomedizin oder Biotechnologie einnehmen. Forscher der Universität Bayreuth haben jetzt ein Verfahren entwickelt und optimiert, mit dem die Partikel aus Bakterien isoliert und von Zellrückständen gereinig ... mehr

    Stickstoff – eine Ausnahme im Periodensystem?

    Im Periodensystem gilt für Kohlenstoff, Sauerstoff und andere leichte Elemente eine Goldene Regel: Unter hohen Drücken besitzen sie ähnliche Strukturen wie schwerere Elemente in der gleichen Elementgruppe. Nur Stickstoff schien bisher aus der Reihe zu tanzen. Jetzt aber haben Hochdruck-Fors ... mehr

  • q&more Artikel

    Authentische Lebensmittel

    Authentische Lebensmittel erfreuen sich bei Konsumenten zunehmender Beliebtheit. Ein regionales, sortenreines und/oder speziell hergestelltes Produkt ist in einem stark industrialisierten Markt in steigendem Maß ein Garant für mehr Wertschöpfung. Gerade im Premiumsegment lassen sich durch ö ... mehr

    Mehr als Honig?

    Seit Jahrtausenden ist „Honig“ ein Inbegriff für ein naturbelassenes und gesundes Lebensmittel. Dementsprechend erfreut sich Honig auch bei Konsumenten steter Beliebtheit – gerade in Zeiten, in denen biologische Lebensmittel und eine gesunde Lebensweise aktueller sind als je zuvor. mehr

    Extraportion Zink

    Mächtige Unterarme, Pfeife im Mund, Matrosenhut. In Sekundenschnelle ist die Dose Spinat geöffnet und ­geleert. Mit nun übermenschlicher Kraft geht es in die nächste Rauferei. So kennen wir Popeye, den Seemann. Das Geheimnis seiner Stärke ist der hohe Eisengehalt von Spinat. Mit dieser Vors ... mehr

  • Autoren

    Dr. Christopher Igel

    Jg. 1990, absolvierte von 2009 bis 2013 sein Bachelor-Studium in Biochemie an der Universität Bayreuth. Die Bachelorarbeit zum Thema „Honiganalytik mittels NMR“ fertigte er am Forschungszentrum BIOmac unter der Leitung von Prof. Dr. Schwarzinger an. mehr

    Wolfrat Bachert

    Jg. 1987, begann zunächst ein Studium des Maschinen­baustudium an der TU Dresden, eher er 2009 zum Studium der Biologie an die ­Universität Bayreuth wechselte, wo er 2013 am Lehrstuhl für Biochemie unter der Leitung von Prof. Dr. Wulf Blankenfeldt seine Bachelorarbeit zum Thema „Charakteri­ ... mehr

    Christopher Synatschke

    Christopher Synatschke hat an der Universität Bayreuth und der University of New South Wales, Sydney Chemie mit Schwerpunkt Polymerforschung studiert und ist seit 2009 Doktorand in der Arbeitsgruppe von Prof. Axel H. E. Müller an der Universität Bayreuth. Seine Forschungsinteressen sind die ... mehr

Mehr über Columbia University

  • News

    Neuartige Materialien verwandeln sichtbares Licht in Infrarotlicht

    Wissenschaftlern der Columbia University ist es in Zusammenarbeit mit Forschern aus Harvard gelungen, ein chemisches Verfahren zur Umwandlung von sichtbarem Licht in Infrarotenergie zu entwickeln, bei dem harmlose Strahlung in lebendes Gewebe und andere Materialien eindringen kann, ohne die ... mehr

    Lichtschalter im Herbstlaub

    Bevor Bäume im Winter ihre Blätter abwerfen, bieten sie uns zum Abschied noch ein herbstliches Farbenspiel in Rot-, Orange- und Gelbtönen. Ursache ist der Abbau des grünen Blattfarbstoffs Chlorophyll. Dabei entstehen unter anderem gelbe Phyllobiline, die, wie österreichische Wissenschaftler ... mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von: