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Bei einer Infektion passen sich Krankheitserreger rasch an die Bedingungen im Körper an, um sich zu behaupten. Ein Forschungsteam der Universität Basel hat nun herausgefunden, wie ein Protein die Maschinerie im Erreger Leptospira anschaltet, mit deren Hilfe er im Körper überlebt und Krankheiten auslöst. Die Arbeit liefert bislang unbekannte Einblicke, wie Krankheitserreger ihre Virulenz steuern und eröffnet neue Ansatzpunkte für Therapien.
Seit Ende des letzten Jahrhunderts sind Krankheiten, die von Tieren auf den Menschen übergehen, sogenannte Zoonosen, auf dem Vormarsch. Eine mit dem Klimawandel immer häufiger auftretende Zoonose ist die Leptospirose. Sie verursacht weltweit jährlich etwa eine Million schwerer Krankheitsfälle, schätzungsweise 60'000 Menschen sterben daran. Besonders in Gegenden mit knappen Ressourcen ist diese Krankheit ein ernstes Gesundheitsproblem, doch auch in der Schweiz treten immer wieder Fälle auf.
Die Leptospirose wird durch Leptospira-Bakterien verursacht. Menschen infizieren sich hauptsächlich über verseuchtes Wasser und belastete Erde. Wird die Infektion nicht frühzeitig mit Antibiotika behandelt, kann es zu lebensbedrohlichem Organversagen kommen. Beim Eindringen in den Körper aktiviert der Erreger sogenannte Virulenzfaktoren, um überleben zu können. Gesteuert wird dies durch das Protein LvrB: Erst wenn es aktiv ist, können die Bakterien ihr krankmachendes Potenzial entfalten.
Von inaktiv zu aktiv
Bislang war unklar, wie genau LvrB aktiviert wird. In einer kürzlich in «Nature Communications» publizierten Studie, konnte das Team von Prof. Sebastian Hiller am Biozentrum der Universität Basel nun die dreidimensionale Struktur des Proteins und seine genaue Funktionsweise aufklären.
«Wir verstehen nun auf atomarer Ebene, wie dieser molekulare Schalter funktioniert, also wie er angeschaltet wird. Und noch wichtiger, wir haben einen generellen Aktivierungsmechanismus entdeckt, der eine Vielzahl weiterer bakterieller Proteine betrifft», sagt Hiller. «Unsere Erkenntnisse sind auch für die Entwicklung von Wirkstoffen wichtig. Gelänge es, LvrB dauerhaft auszuschalten, könnte man verhindern, dass der Erreger im Körper auf virulent, also gefährlich umschaltet.»
Blockiert und inaktiv
LvrB ist Teil eines Kommunikationssystems, das die Aktivität hunderter Gene reguliert, die mit der Virulenz des Erregers – also seiner Fähigkeit, Krankheiten zu verursachen – in Verbindung stehen. «Im Aus-Zustand ist LvrB in einer symmetrischen und damit inaktiven Form fixiert, in der es keine Virulenzfaktoren aktivieren kann», erklärt Elia Agustoni, Erstautor der Studie. «Diese Aus-Position verhindert, dass der Erreger unnötigerweise Virulenzfaktoren bildet, also wenn er sich ausserhalb des Körpers befindet.»
Aktiv und «gefährlich»
Signale vom Wirt setzen eine Kettenreaktion in Gang, in dessen Folge LvrB chemisch modifiziert wird. Dies wiederum führt zu Umlagerungen der Proteinstruktur. «LvrB verändert seine Form, die Symmetrie wird aufgebrochen, wodurch das Protein quasi aktiviert wird», erklärt Agustoni. «Im An-Zustand leitet LvrB das Signal an sein Partnerprotein weiter, das die Forschenden ebenfalls identifizieren konnten. Gemeinsam aktivieren sie Virulenz-Gene, die es Leptospira ermöglichen, sich im Körper zu vermehren und auszubreiten.
Bedeutung für andere Infektionskrankheiten
Vermutlich sind Wirkstoffe, die LvrB oder verwandte Proteine in der inaktiven Form halten, ein vielversprechender Ansatz, um die Virulenz von Krankheitserregern abzuschwächen und Infektionen zu verhindern. Auch das Risiko für Antibiotikaresistenzen liesse sich damit senken.
Die Erkenntnisse über die Aktivierung von LvrB gehen weit über das Verständnis der Leptospirose hinaus. Dieser Mechanismus betrifft eine Vielzahl ähnlicher Signalsysteme in Bakterien, darunter zahlreiche Krankheitserreger, die Menschen, Tiere und auch Pflanzen befallen. «Auf unsere Ergebnisse aufbauend können nun viele bislang unbekannte zelluläre Prozesse erforscht werden», betont Hiller. «Darüber hinaus dienen sie der Entwicklung neuer Antibiotika und Agrochemikalien, beispielsweise Pflanzenschutzmittel.»
Prof. Dr. Sebastian Hiller, Universität Basel, Biozentrum, E-Mail: sebastian.hiller@unibas.ch
Elia Agustoni, Ariel Mechaly, Joaquín Dalla Rizza, David Beriashvili, Kristyna Pluhackova, Polina Isaikina, Felipe Trajtenberg, Thomas Müntener, Elsio A. Wunder Jr., Albert I. Ko, Tilman Schirmer, Alejandro Buschiazzo, Sebastian Hiller.
Activation mechanism of the full-length histidine kinase LvrB from pathogenic Leptospira.
Nature Communications (2026), doi: https://doi.org/10.1038/s41467-026-71783-4
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Biologie, Medizin
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
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