Bakteriophagen – Alles dabei

Viren sind alleine nicht lebensfähig. Um zu leben und sich vermehren zu können, brauchen sie einen Wirt. Bakteriophagen (kurz: Phagen) infizieren dafür Bakterien. Forscher um LMU-Professor Marc Bramkamp vom Lehrstuhl Mikrobiologie der LMU und um Professor Julia Frunzke vom Forschungszentrum Jülich konnten nun erstmals zeigen, dass Bakteriophagen die Proteine, die sie zum Vermehren brauchen, selbst mitbringen, wenn die Wirtszelle nicht darüber verfügt. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher aktuell in der Fachzeitschrift Nucleic Acids Research.

„Um sein Erbgut zu vermehren, muss das Virus seine DNA in der Wirtszelle an die dafür richtige Stelle bewegen. Wir konnten erstmals zeigen, wie ein Prophage, dessen virale DNA komplett in das Genom der Wirtszelle eingebaut ist, den intrazellulären Transport organisiert“, sagt Marc Bramkamp.

Für den Transport innerhalb einer Zelle ist das sogenannte Aktin-Zytoskelett verantwortlich, das aus Proteinen besteht, die fadenförmige Strukturen (Filamente) bilden. Viren, die eukaryotische Zellen (Zellen mit Zellkern), infizieren, nutzen deren Zytoskelett. Auch einige Bakterien haben ein Zytoskelett, wie seit einigen Jahren bekannt ist. Es gibt aber auch viele Bakterien, die kein Aktin haben. Wie es den Viren dennoch gelingt, sich zu vermehren, konnte das Forscherteam um Marc Bramkamp und Julia Frunzke nun anhand eines Corynebakteriums zeigen.

Virale DNA hangelt sich an Protein-Kabel entlang

Die LMU-Forscher untersuchten ein von einem Virus infiziertes Corynebacterium glutamicum, das kein eigenes Zytoskelett hat. „Wir konnten erstmals zeigen, dass der Prophage dennoch das Strukturprotein Aktin für den intrazellulären Transport nutzt“, sagt Marc Bramkamp. Das bedeutet, dass das Virus das Protein und damit quasi seine „Transportausrüstung“ selbst mitgebracht haben muss.

Dem Team ist es gelungen, den kompletten molekularen Mechanismus des intrazellulären Transports der viralen DNA zu beschreiben: Der Prophage kodiert das Aktin-ähnliche Protein AlpC. „Es ist eines der ersten Gene, die das Virus von seiner DNA umsetzt“, sagt Bramkamp.

Die virale DNA wird dabei über ein Adapter-Protein (AlpA) an das Aktin-Filament gekoppelt „Anhand der Filamente wandert die Virus-DNA wie an einem Kabel entlang“, sagt Bramkamp. Das Adapter-Protein ist dabei für die Dynamik der Filamente verantwortlich. „Durch das aufeinanderfolgende Aufbauen und Zusammenfallen der Filamente wird die Richtung der Bewegung vorgegeben.“

Ihr Ziel ist vermutlich die Zellmembran, an der die Replikation der viralen DNA wahrscheinlich stattfindet.

„Diese Arbeit zeigt erstmalig, dass die Interaktion von Viren und dem Zytoskelett evolutiv sehr alt ist“, sagt Bramkamp. „Es könnte sogar sein, dass jene Bakterien, die ein eigenes Aktin-Zytoskelett haben, dieses ursprünglich über Viren erworben haben.“ In einem nächsten Schritt wollen die Forscher nun weitere Phagen untersuchen, um den intrazellulären Transport der viralen DNA weiter zu entschlüsseln.
(Nucleic Acids Research, doi: 10.1093/nar/gkv374)

Prof. Dr. Marc Bramkamp
Biozentrum
Department I, Mikrobiologie
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