So nehmen Bakterien lebenswichtiges Eisen auf

14. August 2019

Foto: UHH, AG Tidow

Die Illustration zeigt die Struktur und den Mechanismus der untersuchten Eisen-Transportproteine. Im Zuge des Eisenimports bindet das Transportprotein FoxA (grau) sowohl TonB (gelb) als auch sein Substrat Fe-Siderophor (orange).

Einem Forschungsteam vom Fachbereich Chemie der Universität Hamburg ist es gelungen, die Struktur eines speziellen Proteins zu analysieren, mit dessen Hilfe Bakterien lebenswichtiges Eisen aufnehmen. Das Team unter der Leitung von Prof. Henning Tidow vom Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ berichtet im Journal eLife über seine Ergebnisse, die eine wichtige Rolle bei der Entwicklung neuer Antibiotika spielen könnten.

Eisen ist ein wesentlicher Bestandteil des Lebens. Menschen benötigen Eisen, um den roten Blutfarbstoff zu bilden, doch auch Bakterien benötigen Eisen, um zu überleben. Um Eisen aufzunehmen, verwenden viele Bakterien spezielle eisenbindende Moleküle, sogenannte Siderophore. Dabei transportiert ein spezielles Transportprotein die Eisenverbindungen durch die äußere Membran der Bakterien. Dieser TonB-abhängige Transporter (TBDT) wird durch einen weiteren TonB-Proteinkomplex in der inneren Membran angeregt.

Wie genau das Innenmembranprotein TonB mit den Transportern in der äußeren Membran verbunden ist und wie das Zusammenspiel zwischen Siderophor- und TonB-Bindung an den Transporter abläuft, ist bislang nicht geklärt. An dieser Stelle setzten die Hamburger Forscher auf die Strukturanalyse: „Die Struktur dieses Transporters in verschiedenen Zuständen könnte wichtige Fragen über den Transportmechanismus und seine Regulierung beantworten", erklärt Tidow.

Für ihre Analyse untersuchten die Wissenschaftler das Humanpathogen Pseudomonas aeruginosa, ein sowohl für Menschen als auch für Tiere und Pflanzen potentiell gefährliches Bakterium. Mit Hilfe der Röntgenkristallographie bestimmten sie die dreidimensionale Struktur des TonB-abhängigen Transporters FoxA in dem Bakterium sowohl allein als auch im Komplex mit Fe-Siderophor und einem TonB-Fragment. Dabei fanden sie heraus, dass sowohl eine Siderophor- als auch eine TonB-Bindung erforderlich ist, damit der FoxA-Transporter einen translokationskompetenten Zustand bilden kann. Das heißt, dass der Transporter in der Lage ist, sein Substrat durch die Membran zu schleusen.

Tidow: „Unsere Ergebnisse liefern ein besseres Verständnis für einen essentiellen Mechanismus der Eisenaufnahme, der für das Überleben von (pathogenen) Bakterien erforderlich ist. Die Blockierung oder die Ausnutzung dieses Aufnahmemechanismus könnte eine Strategie für die Entwicklung neuer Antibiotika sein." Text: CUI

Originalpublikation:

Inokentijs Josts, Katharina Veith and Henning Tidow

“Ternary structure of the outer membrane transporter FoxA with resolved signaling domain provides insights into TonB-mediated siderophore uptake"

eLife 2019;8:e48528

DOI: 10.7554/eLife.48528