(red/nst (mailto:norbert.staub@sl.ethz.ch) ) Forschende der ETH Zürich und der Universität Basel haben im Rahmen eines Forschungsprojektes des NCCR Strukturbiologie untersucht, wie pathogene Bakterien die Zellen von Wirtsorganismen durchlöchern. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Wissenschaftszeitschrift The EMBO Journal online publiziert (1) .

Viele pathogene Bakterien produzieren porenbildende Toxine. Das sind zylindrische Proteingebilde, die sich in die Zellmembran von Wirtsorganismen einlagern. Gelangen durch eine bakterielle Infektion viele solcher Poren in die Hülle einer Wirtszelle, läuft der Zellinhalt aus und die Zelle stirbt. Zahlreiche, zum Teil schwerwiegende Infektionskrankheiten wie Scharlach, Lungen- oder Niereninfektionen werden verursacht durch solche Toxine und der damit verbundenen Zerstörung von Gewebezellen.

Ein erst kürzlich entdecktes, neuartiges Toxin dieser Familie ist Cytolysin A (ClyA). Noch wissen die Forschenden wenig über dieses Protein und seine Rolle bei Infektionskrankheiten. Bekannt ist, dass es von pathogenen Bakterien wie Escherichia coli und Salmonella enterica gebildet wird und im Experiment rote Blutkörperchen zerstört. ClyA ist ein relativ kleines Protein. Um eine Pore zu bilden, müssen sich mehrere Proteine geordnet aneinander lagern. Dreizehn Moleküle sind für den Bau einer Pore nötig, wie die Forschenden der ETH Zürich und der Universtität Basel herausgefunden haben.

Weiter hat das Team beobachtet, dass ClyA zunächst wasserlöslich ist, bei Kontakt mit Zellmembranen aber seine dreidimensionale Form stark ändert, sodass es in die Membran eindringen kann. Dabei exponiert das Molekül wasserabstossende Bereiche die zuvor im Innern verborgen waren. Dies ermöglicht neben der Einlagerung in die Zellmembran das Zuammenlagern mit anderen ClyA Molekülen zur 13-teiligen Pore. „Unsere Arbeit enthüllt die bisher unbekannte molekulare Architektur dieser aus Proteinuntereinheiten zusammengesetzten Membranpore“, sagt Ulla Grauschopf, Oberassistentin im Team von ETH Prof. Rudi Glockshuber am ETH-Institut für Molekularbiologie und Biophysik.

Ansicht eines durch Cryo-Elektronenmikroskopie gewonnenen Modells der ClyA-Pore. Der Hintergrund zeigt ein elektronenmikroskopisches Abbild von Toxinporen in Membranvesikeln. (Abbildung: Nora Eifler).

Die fertige Pore gleicht einem dickwandigen Rohr mit aufgesetzter Kappe. Das konnten die Forschenden mittels elektronenmikrosopischer Bilder zeigen. Die Kappe, so vermuten sie, könnte eine Rolle spielen beim vollständigen Durchdringen der Hülle der Wirtszelle.

Um diese Vorgänge noch besser zu verstehen, planen die Forschenden weitere Experimente, welche die strukturellen Details der Porenbildung klären sollen. Dadurch wird es möglich sein, mehr über die biologische Funktion von ClyA zu erfahren „Die von uns erarbeiteten Methoden können für die Suche nach wirksamen Hemmstoffen der Porenbildung verwendet werden“, sagt Ulla Grauschopf. Letztlich gehe es darum, die damit verbunden Krankheiten besser behandeln zu können.