Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erbguttransfer über Verwandtschaftsgrenzen hinweg

22.08.2013
Aktuell in Nature Communications veröffentlicht:
Wie ein 'Code‘ aus Zuckerstrukturen auf der Bakterienoberfläche den Austausch von Resistenz- und Virulenzgenen steuert.

Infektionen durch Antibiotika-resistente Bakterien sind die Ursache für viele tausend Todesfälle in Deutschland und eine der häufigsten Todesursachen weltweit. Da sich immer neue resistente Bakterien ausbreiten, von Pharmafirmen aber immer weniger neue Antibiotika entwickelt werden, ist zu befürchten, dass ein großer Teil der Infektionen in wenigen Jahren kaum noch therapierbar sein wird.

Für die rasante Ausbreitung der Resistenzen und die Entstehung neuer, hoch pathogener Erregerstämme spielt die Fähigkeit der Bakterien, Gene auszutauschen, eine besondere Rolle. Durch welche Mechanismen auch kaum verwandte Bakterien Gene austauschen können, ist bislang noch kaum verstanden. Wissenschaftler der Universität Tübingen haben nun herausgefunden, wie ein Code aus variablen Zuckerstrukturen an der Bakterienoberfläche darüber bestimmt, mit welchen anderen Mikroorganismen pathogene Staphylokokken genetisches Material austauschen können.

Staphylococcus aureus ist einer der häufigsten Erreger von Haut- und Wundinfektionen. Diese führen oft zu systemischen, lebensbedrohlichen Blutvergiftungen. Ständig entstehen neue Erregerstämme mit neuen Kombinationen von Resistenz- und Virulenzgenen, die sich rasch weltweit ausbreiten und die Infektionsmedizin vor wachsende Herausforderungen stellen. Oft scheinen die neuen Gene aus anderen Bakterienarten zu stammen, mit denen S. aureus offenbar genetisches Material ausgetauscht hat.

Die Tübinger Wissenschaftler haben herausgefunden, dass S. aureus unter bestimmten Bedingungen sehr leicht und effizient Gene mit anderen Bakterienarten austauschen kann. Die Arbeit des Forschungsteams um Volker Winstel, Guoqing Xia und Andreas Peschel entstand im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereichs SFB766, des Transregioverbunds TRR34 sowie des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung und wird am 22.8.2013 bei Nature Communications publiziert.

Ähnliche Oberflächenstrukturen ermöglichen den Genaustausch

Entscheidend für den Genaustausch ist, dass der DNA-Donor und der Rezipient ähnlich aufgebaute Glycostrukturen, sogenannte Teichonsäuren, auf ihrer Oberfläche tragen. Teichonsäuren haben sehr variable Zusammensetzungen, die von Bakterien-spezifischen Viren, den Bakteriophagen**, als Erkennungsstrukturen genutzt werden. Die Bakteriophagen können dadurch Erbsubstanz zwischen verschiedenen Bakterienstämmen transferieren, neue Erregerstämme entstehen.

Austausch zwischen kaum verwandten Bakterienarten

Die Tübinger Forschungsergebnisse zeigen, dass Bakteriophagen genetisches Material auch zwischen kaum verwandten Bakterienarten transferieren können, wenn diese ähnliche aufgebaute Teichonsäuren tragen. So konnten bestimmte S. aureus-Stämme DNA mit Listeria monocytogenes und Staphylococcus epidermidis austauschen, die ähnliche Teichonsäuren bilden, nicht aber mit Enterokokken, die andere Zuckerbausteine verwenden. Diese Erkenntnis ist überraschend, denn die Bakteriophagen können sich in diesen anderen Bakterienarten nicht vermehren. Die aktuelle Arbeit zeigt jedoch, dass sie sehr wohl DNA in andere Arten einbringen können und zwar in hoch effizienter Weise.

Bei ihrer Forschung stießen die Wissenschaftler zudem auf besondere S. aureus-Stämme, die ihre Teichonsäuren so verändert hatten, dass sie mit anderen S. aureus keine DNA mehr austauschen können, wohl aber mit ganz anderen Bakterienarten. Diese neue S. aureus-Linie namens ST395 scheint sich also evolutionär abgekoppelt zu haben und auf dem Weg zu einer neuen Erregerspezies zu sein.

Prof. Dr. rer. nat. Andreas Peschel vom Interfakultären Institut für Mikrobiologie und Infektionsmedizin der Universität Tübingen: "Die neuen Erkenntnisse helfen uns, zu verstehen, welche Mechanismen die Evolution neuer Erreger steuern. Sie helfen uns aber auch einzuschätzen, wie wahrscheinlich der genetische Austausch zwischen bestimmten Bakterienarten in der Zukunft sein und wie schnell sich ein bestimmtes neues Resistenzgen unter pathogenen Bakterien vermutlich ausbreiten wird."

Neue Antiinfektiva könnten zudem die Biosynthese von Teichonsäuren blockieren, so eines der Fernziele der Tübinger Wissenschaftler, und damit in der Prävention und Therapie bakterieller Infektionen große Bedeutung erlangen.

** Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien infizieren um sich zu vermehren. Dazu heftet sich der Bakteriophage an das Bakterium an und überträgt seine Erbsubstanz (z.. DNA) in das Bakterium zum Aufbau neuer Phagenhüllen.

Originaltitel der Publikation
Winstel V, Liang C, Sanchez-Carballo P, Steglich M, Munar M, Bröker BM, Penade JR, Nübel U, Holst O, Dandekar T, Peschel A, Xia G (2013) Wall teichoic acid structure governs horizontal gene transfer between major bacterial pathogens. Nature Communications, in press

DOI 10.1038/ncomms3345

More references:
Xia G, Wolz C. (2013) Phages of Staphylococcus aureus and their impact on host evolution. Infect Genet Evol. 2013 May 6. doi:pii: S1567-1348(13)00171-8. 10.1016/j.meegid.2013.04.022.
Kontakt:
Prof. Dr. Andreas Peschel
Universität Tübingen
Medizinische Fakultät
Interfakultäres Institut für Mikrobiologie und Infektionsmedizin Tübingen (IMIT)
Abteilung Zelluläre und Molekulare Mikrobiologie
Elfriede-Aulhorn-Straße 6, 72076 Tübingen
Telefon +49 7071 29- 8 15 15
andreas.peschel[at]uni-tuebingen.de
Dr. Guoqing Xia
Telefon +49 7071 29 8 15 14
guoqing.xia[at]med.uni-tuebingen.de
Volker Winstel
Telefon +49 7071 29 8 15 14
volker.winstel[at]med.uni-tuebingen.de

Dr. Ellen Katz | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Titandioxid-Nanopartikel können Darmentzündungen verstärken
19.07.2017 | Universität Zürich

nachricht Künftige Therapie gegen Frühgeburten?
19.07.2017 | Universitätsspital Bern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten