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Neue Immunabwehr bei Bakterien entdeckt

Die Genschere Crispr/Cas9, mit der sich das Erbgut umschreiben lässt, beruht ursprünglich auf einem bakteriellen Immunsystem gegen Viren. Forschende der Uni Zürich haben nun noch einen neuen Abwehrmechanismus von Bakterien entdeckt, der bisher völlig unbekannt war.

Die Genschere Crispr/Cas9 sorgt immer wieder für Schlagzeilen, weil sich mit ihr das Erbgut einfach und kostengünstig verändern lässt. Es ist ein mächtiges Werkzeug der Gentechnik, das ursprünglich auf einem Immunsystem von Bakterien beruht. Damit wehren sie sich gegen bakterienspezifische Viren - Phagen genannt -, die sich sonst in ihnen vermehren und sie schliesslich auflösen würden. Für einen Einzeller kann ein Virusbefall somit das Aus bedeuten.

Martin Jinek - einer der Mitentwickler der Genschere - und sein Team von der Universität Zürich haben gemeinsam mit internationalen Kollegen nun noch einen weiteren, bisher unbekannten Abwehrmechanismus von Bakterien entdeckt. Wenn der Phagen-Angriff das Crispr-Cas-Immunsystem sehr stark fordert, produziert das System eine Art Notsignal, wie die Uni Zürich am Dienstag mitteilte. Dadurch wird ein Enzym aktiviert, das dabei hilft, den Phagen unschädlich zu machen.

Erstaunlich ausgefeiltes Immunsystem

Das Crispr-Cas-System ist quasi das Bakterien-Pendant unseres adaptiven Immunsystems. Überlebt ein Bakterium einen Phagen-Befall, baut es ein Stück Viren-Erbgut in sein eigenes Genom ein und nutzt es fortan wie ein Fahndungsfoto. Crispr steht für "clustered regularly interspaced short palindromic repeats" und stellt quasi das Fahndungsfoto-Archiv dar. Befällt ein bereits im Archiv verzeichneter Phage das Bakterium noch einmal, wird sein Erbgut erkannt und von den Cas-Proteinen - molekularen Scheren - zerschnippelt.

Der neu entdeckte Mechanismus wiederum, den die Forschenden im Fachblatt "Nature" beschreiben, habe unerwartete Ähnlichkeit mit der Virusabwehr des angeborenen menschlichen Immunsystems, schrieb die Uni Zürich. Wenn eines der Crispr-Cas-Systeme im Bakterium einen Phagen erkennt, produziert es ein Signalmolekül - ein ringförmiges DNA-ähnliches Molekül, das sich in der Bakterienzelle verteilt.

Wichtiges Grundlagenwissen

"Wird das CRISPR-Cas-System in der infizierten Bakterienzelle sehr stark gefordert, löst es mit diesem Signal Alarm aus", erklärte Jinek gemäss Mitteilung. "Damit wird ein weiterer Abwehrmechanismus zu Hilfe gerufen, um das Virus zu eliminieren." Genauer gesagt aktiviert das Signal eine weitere molekulare Schere, das Enzym Csm6, das hilft, das Phagen-Erbgut abzubauen.

Zwar machen die Forschenden im Fachartikel keine Aussagen dazu, ob sich dieser neu entdeckte Mechanismus allenfalls auch als Werkzeug einsetzen liesse, so wie das Crispr-Cas-System. Das Grundlagenwissen um die Virusabwehr von Bakterien ist aber auch aus anderen Gründen interessant.

Beispielsweise wird im Zuge zunehmender Antibiotikaresistenzen überlegt, Phagen als Waffe gegen krankmachende Bakterien einzusetzen. Dafür wäre es nützlich, die Gegenwehr der Bakterien genau zu kennen, um sie möglichst zu umgehen.