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RUB-Forscher entdecken Schutzprotein gegen Chlor

18.12.2014

RUB-Forscher um Prof. Dr. Lars Leichert haben jetzt im Darmbakterium E. coli ein bisher unbekanntes Protein entdeckt, das die Bakterien vor Chlor beschützt. In Anwesenheit von Chlor bindet es an andere Proteine und schützt sie so vor dem Verklumpen. Ist die Gefahr vorüber, lässt es wieder los und die Proteine können weiterarbeiten. Über ihre Entdeckung des Proteins berichten die Forscher in der aktuellen Ausgabe von Nature Communications.

Chlor ist ein gängiges Desinfektionsmittel, das Bakterien tötet, etwa im Schwimmbad oder der Trinkwasserversorgung. Auch unser Immunsystem stellt Chlor her, das dazu führt, dass Proteine in Bakterien ihre natürlich Faltung verlieren, verklumpen und nicht mehr funktionieren.


Ein unbehandeltes Ei (links) im Vergleich zu einem Ei, das mit einem Tropfen Chlorbleiche behandelt wurde rechts): Diese lässt die Proteine verklumpen.

© RUB, Abt. Biochemie der Mikroorganismen

Zellen unter Sauerstoffstress

Die Forscher interessieren sich für oxidativen Stress, der auf Zellen einwirkt, wenn sie so genannten reaktiven Sauerstoffspezies ausgesetzt werden. Oxidativer Stress spielt zum Beispiel eine Rolle bei der Zellalterung, aber auch bei der Immunabwehr. Immunzellen produzieren reaktive Sauerstoffspezies und setzen damit Bakterien unter oxidativen Stress. Was aber passiert dann in den Bakterien, ganz besonders mit ihren Proteinen? Dieser Frage gehen die Forscher nach, indem sie gezielt nach Proteinen suchen, die sich durch oxidativen Stress verändern. So wurden sie auf das Protein RidA aufmerksam.

RidA ändert seine Funktion in Gegenwart von Chlor

„Jedes Protein hat eine Funktion“, erklärt Lars Leichert. RidA ist dafür zuständig, dass bei der Herstellung von bestimmten Aminosäuren ein Zwischenprodukt schneller abgebaut wird. Um herauszufinden, was mit RidA bei oxidativem Stress passiert, setzten die Forscher es allen möglichen reaktiven Spezies aus, die von Immunzellen hergestellt werden, darunter auch Chlor. Bestimmte reaktive Spezies inaktivieren RidA, das heißt das Zwischenprodukt wurde wie erwartet von RidA nicht mehr abgebaut.

Mit Chlor behandeltes RidA sorgte aber dafür, dass das Zwischenprodukt gar nicht erst hergestellt wurde. „Dafür konnten wir nur eine Erklärung finden: Mit Chlor behandeltes RidA bindet fest an das Protein, welches das Zwischenprodukt herstellt“, erklärt Alexandra Müller aus Leicherts Team. Anders gesagt: RidA wird in Anwesenheit von Chlor zu einem so genannten Chaperon.

Mit RidA trübt sich die Proteinlösung nicht

In dieser Funktion kann es andere Proteine beschützen: Wenn sich Proteine entfalten – das tun sie zum Beispiel wenn sie mit Chlor in Kontakt kommen oder erhitzt werden –, dann verklumpen sie. Das führt dazu, dass eine Proteinlösung trüb wird. „Bei einem Ei ist das besonders eindrucksvoll. Das durchsichtige Eiklar wird weiß und undurchsichtig, wenn sich die Proteine beim Kochen darin entfalten“, beschreibt Lars Leichert. Die Forscher können diese Trübung mit einem Fluoreszenzspektrometer genau messen. Wenn man aber mit Chlor behandeltes RidA dazu gibt, bleibt dieselbe Lösung klar. Verklumpte Proteine funktionieren nicht mehr – aus einem gekochten Ei schlüpft kein Küken. Ein Chaperon kann das Verklumpen verhindern und schützt deswegen die Zelle.

Klebriges Protein bindet an alle anderen

Darüber hinaus haben die Forscher auch herausgefunden, dass RidA nach dem Ende der Bedrohung durch Chlor die Proteine auch wieder loslassen kann, so dass sie ihre Funktion wieder ausüben können. Bei erneuter Chlor-Bedrohung bindet RidA wieder an Proteine. Außerdem wollten die Forscher wissen, wie genau RidA zum Chaperon wird. Experimente ergaben, dass die sogenannte N-Chlorinierung dazu führt, dass RidA viel hydrophober wird. Je hydrophober ein Protein ist, desto „klebriger“ wird es und umso besser können entfaltete Proteine daran binden. RidA schützt in diesem klebrigen Zustand die Proteine in der Bakterienzelle vor dem Verklumpen.

Forscher vermuten eine Rolle bei der Immunabwehr

Für den Einsatz von Chlor als Desinfektionsmittel hat das aber keine Folgen: RidA hilft Bakterien nur bei sehr geringen Chlormengen. Anders als bei Antibiotika gibt es bei Desinfektionsmitteln keine Resistenzen. „Wir denken, dass durch Chlor aktivierte Chaperone vor allem beim Zusammentreffen von Bakterien mit der Immunabwehr eine Rolle spielen“, sagt Lars Leichert.

Titelaufnahme

A. Müller, S. Langklotz, N. Lupilova, K. Kuhlmann, J. Bandow, L. Leichert (2014): Activation of RidA chaperone function by N-chlorination, Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomm6804

Weitere Informationen

Prof. Dr. Lars Leichert, Medizinische Fakultät der RUB, Abteilung für Biochemie der Mikroorganismen, Tel. 0234/32-24585, E-Mail: lars.leichert@rub.de

Redaktion: Meike Drießen

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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