Die Entdeckung neuer Bakterientoxine könnte der Schlüssel zur Bekämpfung von Infektionen sein

Forscher haben eine neue Gruppe bakterieller Toxine entdeckt, die schädliche Bakterien und Pilze abtöten können und so die Tür zu möglichen neuen Behandlungsmethoden für Infektionen öffnen. Diese Toxine, die in mehr als 100.000 mikrobiellen Genomen vorkommen, können die Zellen von Bakterien und Pilzen zerstören, ohne andere Organismen zu schädigen.

Die Studie, veröffentlicht in Natürliche Mikrobiologieentdeckte, wie bestimmte Bakterien diese Toxine nutzen, um mit anderen Mikroben zu konkurrieren, und die Ergebnisse könnten zu neuen Wegen zur Bekämpfung von Infektionen führen, insbesondere da Antibiotikaresistenzen zu einem wachsenden Problem werden.

Die Arbeit wurde von den Forschern der Hebräischen Universität Dr. Asaf Levy vom Institut für Umweltwissenschaften, Dr. Neta Schlezinger von der Koret School of Veterinary Medicine und Dr. Netanel Tzarum vom Institut für Biowissenschaften in Zusammenarbeit mit Forschern des Weizmann-Instituts geleitet of Science, Profs. . Jacob Klein und Meital Oren-Suissa haben zusammen mit Professor Herbert Schmidt von der Universität Hohenheim ein neues Arsenal bakterieller Toxine entdeckt, die Infektionskrankheiten bei Menschen und Pflanzen bekämpfen können.

Diese Toxine, die im Genom bestimmter Bakterien kodiert sind, weisen starke antibakterielle und antimykotische Eigenschaften auf und bieten aufregende neue Möglichkeiten für klinische und biotechnologische Anwendungen.

Mikrobielle Konkurrenz ist ein natürliches Phänomen und Bakterien haben ausgefeilte Methoden, einschließlich Toxinen, entwickelt, um ihre Konkurrenten auszuschalten. Die bekanntesten Beispiele für Naturstoffe, die in der Natur konkurrenzfähig genutzt werden, sind Antibiotika, die von Bakterien und Pilzen produziert werden.

In dieser Studie entwickelte Dr. Levys Team einen innovativen rechnerischen Ansatz zur Identifizierung bisher unbekannter Toxinproteindomänen, die zwischen 100 und 150 Aminosäuren lang sind, in mehr als 105.000 mikrobiellen Genomen. Diese Proteintoxine, sogenannte polymorphe Toxine, spielen eine entscheidende Rolle in der mikrobiellen Kriegsführung, indem sie konkurrierende Mikroorganismen in verschiedenen Ökosystemen angreifen und töten.

Das Forschungsteam validierte erfolgreich neun neu entdeckte Toxine, die jeweils eine große evolutionär konservierte Familie repräsentieren, und demonstrierte ihre Fähigkeit, bei Escherichia coli und Saccharomyces cerevisiae den Zelltod zu verursachen, wenn sie in diesen Modellorganismen exprimiert werden. Besonders hervorzuheben ist, dass fünf Antitoxin-Gene, auch Immungene genannt, identifiziert wurden, die toxinproduzierende Bakterien vor der Selbstzerstörung schützen.

Interessanterweise zeigen die Toxine eine starke antimykotische Aktivität gegen eine Reihe pathogener Pilze, während einige Arten von Wirbellosen und Makrophagen intakt bleiben. Die experimentellen Ergebnisse der Studie legen nahe, dass diese Toxine in erster Linie als wirksame Enzyme wirken, die auf wesentliche zelluläre Prozesse wie Zellmembran, DNA oder Zellteilung abzielen. Die Strukturanalyse zweier Protein-Toxin-Immunkomplexe bestätigte außerdem, dass einige dieser Toxine DNase-Aktivität besitzen, die DNA in Zielzellen abbauen kann.

Bemerkenswerterweise zeigt die Struktur, dass das Toxin an seiner DNA-Bindungsstelle positiv geladen ist, um negativ geladene DNA zu binden, während das Antitoxin-Protein negativ geladen ist, um zu verhindern, dass das Toxin an die Ziel-DNA bindet.

„Unsere Ergebnisse erweitern unser Verständnis darüber, wie Bakterien Toxine im Wettbewerb mit anderen Mikroben nutzen, und eröffnen spannende Möglichkeiten für die zukünftige Forschung zu dringend benötigten antimikrobiellen Wirkstoffen gegen menschliche und pflanzliche bakterielle und pilzliche Krankheitserreger“, sagte Dr. Levy. „Besonders interessant ist das Potenzial dieser Toxine als Grundlage für neue klinische Behandlungen oder biotechnologische Innovationen.“

Diese Forschung verbessert nicht nur das Wissen über mikrobielle Toxine, sondern wirft auch Licht auf deren potenziellen therapeutischen Einsatz. Die Entdeckung des Teams könnte den Weg für neue antimikrobielle Strategien ebnen, insbesondere da die Welt mit der Zunahme antibiotikaresistenter Krankheitserreger zu kämpfen hat.

Die Studie hat weitreichende Auswirkungen sowohl auf das Verständnis mikrobieller Wechselwirkungen in verschiedenen Umgebungen als auch auf die Entwicklung antimikrobieller Mittel der nächsten Generation. Durch die Aufdeckung der Wirkmechanismen dieser Toxine bietet die Forschung Hoffnung auf neue Behandlungsmöglichkeiten im laufenden Kampf gegen bakterielle und Pilzinfektionen.