Wie Pesterreger trick das Immunsystem: Forscher der Universität Bonn zeigen, wie ein Enzym ändert seine Form und fördert die Infektion

Yersinia verbreitet Angst und Schrecken, besonders in der Vergangenheit, aber heute die Pest-Erreger noch nicht vollständig beseitigt. Die Bakterien injizieren, verschiedene Enzyme, darunter das Enzym YopO, in den Makrophagen des Immunsystems. Dort wird es aktiviert und verhindert, dass die Abwehrzellen aus umschließen und verdauen der Pest-Bakterien. Mit den neuesten Methoden, die Wissenschaftler vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn haben nun entschlüsselt, wie YopO ändert seine Form und trägt somit zu verwirrend das Immunsystem. Die Ergebnisse wurden jetzt veröffentlicht in der Zeitschrift Struktur.

Yersinia umfasst auch den Erreger der Pest, das verursacht Angst und Schrecken weltweit bis zur Entdeckung der Antibiotika. Die großen Epidemien sind vorbei, aber die Welt-Gesundheits-Organisation (WHO) berichtet, insgesamt 1451 Todesfälle in 21 Ländern zwischen 1978 und 1992. Pest-Bakterien finden sich auch in wilde Nagetiere. Die übertragung erfolgt hauptsächlich durch Flöhe, aber auch über Tröpfcheninfektion. „Yersinia trick, den Fresszellen des Immunsystems“, sagt Dr. Gregor Hagelüken aus dem Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn.

Die strukturelle Biologe hat bereits die Forschung getan in Yersinia als Doktorand an das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig. Das Besondere an der Pest-Erreger ist eine Art Spritze, mit der Sie injizieren, die YopO und einige andere Enzyme in den Makrophagen des Immunsystems. Allerdings YopO wird nur aktiv, wenn es bindet an das actin der scavenger-Zelle. Normalerweise ist das Strukturprotein Aktin hilft die Phagozyten bilden Vorsprünge, mit denen es fließt rund um die Erreger und dann disolves Sie in kleine Stücke. Während dieses Prozesses, der Makrophagen-Hilferufe von anderen Abwehrzellen.

YopO unterbricht die Kommunikation des Immunsystems

„Sobald YopO bindet an das Aktin, jedoch hilft es, zu stören die Kommunikation innerhalb des Makrophagen-es kann nicht mehr angreifen“, berichtet Hagelüken. „Die Yersinia bleibt letztlich unbehelligt.“ Forscher Fragen sich seit einiger Zeit, wie YopO aktiviert durch Bindung an Aktin, damit Sie auf den Schalter für die dramatische progression. „Wissenschaftler an der Oxford University und der National University of Singapore, entschlüsselt sich die Struktur des Aktin-gebundenen YopO so früh als 2015“, berichtet Hagelükens Kollegen und lead-Autor Martin F. Peter. Doch die Struktur war eine Art von „Standbild“: es war nicht erkennbar, wie die YopO ändert seine Form, wenn es bindet an das Aktin.

„Enzyme sind nicht steif Strukturen, sondern haben mehrere mobile `hinges´ mit denen Sie kann Ihre Form ändern,“ erklärt Hagelüken. Die Forscher nehmen wollte, zwei „Schnappschüsse“: Eine von YopO alleine und in einem zweiten Durchlauf eine der YopO/Aktin-komplexe. Diese „vor und nach Bilder“ sollte zeigen, wie die beiden Partner verändern Ihre Form als Folge der Komplexbildung. „Diese Idee war eine Herausforderung, weil die normale Methode der Kristall-Struktur-Analyse nicht mit der freien YopO. Wie es sich herausstellt, es ist zu flexibel, um die form bestellt Kristalle,“, sagt Peter.

Neueste Werkzeuge zur Strukturaufklärung

Die Wissenschaftler der Universität Bonn daher mehrere Instrumente, von der Strukturaufklärung toolbox. Zusammen mit Dr. Dmitri Svergun vom europäischen Molekularbiologie-Labor in Hamburg, verwendet Sie den PETRA-III-Elektronen-Beschleuniger des deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY. „Der sehr Intensive und gebündelte Röntgenstrahlen können verwendet werden, um zu studieren die Allgemeine Struktur und strukturelle änderungen von Enzymen in Wasser aufgelöst mit der Hilfe von small-angle X-ray scattering“, sagte Svergun.

Darüber hinaus die Forscher koppelten spin-Marker, um bestimmte Positionen von YopO und Aktin. Diese Funktion Umfrage wie Punkte in der Landschaft, bei der zum Beispiel die genaue Lage einer Immobilie bestimmt werden kann. „Mit dem spin-Marker, können wir mit einem molekularen Lineal — der PELDOR-Methode — zur Messung der nanometer Abstände zwischen diesen Positionen und bestimmen so, wie YopO und Aktin Form verändern“, berichtet Hagelüken. Bislang wurde vermutet, dass YopO führt eine Falt-Bewegung wie Scheren, sobald es bindet an Aktin. „Unsere Ergebnisse stark zeigen jedoch, dass es nicht eine größere Bewegung, sondern viele kleine, mit denen YopO tritt in den aktiven Zustand“, sagt Peter.

In Richtung maßgeschneiderte Stoffe

Wenn rechtzeitig erkannt, die Pest geheilt werden kann gut mit Antibiotika behandelt werden. „Jedoch, können Bakterien resistent werden, wenn Antibiotika, die Häufig verwendet werden, was bedeutet, dass die Medikamente nicht mehr richtig arbeiten“, sagt Hagelüken. Wenn die grundlegenden Prozesse der Krankheitserreger, mit denen Sie überlisten das Immunsystem besser zu verstehen, könnte es auch möglich sein, gezielt weiter entwickeln, maßgeschneiderte Substanzen zu hemmen.