Der menschliche Darm ist ein artenreicher Lebensraum, von dessen Gleichgewicht unsere Gesundheit und Wohlbefinden abhängen. In der komplexen mikrobiellen Gemeinschaft leben Bakterien, Viren und mikrobielle Pilze und helfen uns bei der Verdauung und der Immunabwehr. Wird die Darmflora gestört, etwa durch verunreinigtes Trinkwasser oder mit Keimen infizierte Nahrung, kann das Infektionskrankheiten zur Folge haben. Forscher des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ der Friedrich-Schiller-Universität Jena untersuchen, wie es beispielsweise Cholera-Bakterien gelingt, das Darmgleichgewicht zu stören und zugleich ein krankmachendes Toxin zu produzieren. In der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins EMBO Journal stellen sie einen bisher unbekannten molekularen Mechanismus zur Produktion des Cholera-Toxins vor.

Zentral dafür ist eine kleine Ribonukleinsäure (sRNA) sowie ein kleines Protein. „Kleine Ribonukleinsäuren und kleine Proteine wurden in der Vergangenheit häufig übersehen, spielen aber eine wichtige Rolle für die Physiologie von Mikroorganismen“, erläutert Prof. Dr. Kai Papenfort. „Die molekularen Mechanismen, mit denen diese kleinen Moleküle wirken, sind bislang nur unvollständig erforscht“, fährt der Professor für Allgemeine Mikrobiologie von der Universität Jena fort.

Ribonukleinsäure greift zweifach in den Stoffwechsel des Cholera-Erregers ein

Papenfort und sein Team konnten in der vorgelegten Publikation zeigen, dass ein einzelnes RNA-Molekül, genannt Vibrio cholerae dual RNA and protein (vcdRP), gleich doppelt in den Stoffwechsel des Cholera-Erregers eingreift und so dessen schädliche Wirkung steuert. „Zum einen inhibiert das in VcdRP enthaltene sRNA-Molekül die Produktion des Cholera-Toxins. Zum anderen nimmt diese kleine Ribonukleinsäure aber auch gleichzeitig selbst die Rolle einer Erbinformation ein und kodiert den Bauplan für ein kleines regulatorisches Protein“, sagt Kai Papenfort. Dieses Protein wiederum aktiviert einen zentralen Stoffwechselweg, der Kohlenstoff aus der Nahrung in Energie und biosynthetische Bausteine, wie z. B. Aminosäuren, umwandelt.

„Unsere Arbeit zeigt, dass die Toxinproduktion und damit die krankheitsverursachenden Eigenschaften des Cholera-Bakteriums direkt an seinen Stoffwechsel gekoppelt sind“, macht Papenfort deutlich. Die Forschenden konnten damit erstmals eine sRNA mit einer solchen Doppelfunktion in Cholera-Bakterien identifizieren. Ihre Erkenntnisse wollen sie nutzen und neue Wege zur Bekämpfung von Cholera entwickeln. Gleichzeitig könnten die neuen Daten bei biotechnologischen Anwendungen mit Mikroorganismen von Nutzen sein, die denselben molekularen Mechanismus der RNA mit Doppelfunktion nutzen. Mit seiner Forschung unterstützt das Team um Papenfort das Ziel des Exzellenzclusters, grundlegende Mechanismen mikrobieller Gemeinschaften zu verstehen und innovative Therapieansätze zu entwickeln.