Wie Bakterien die Toxizität von Kupfer bewältigen 🦠

Angesichts der toxischen Bedrohung durch Kupfer haben Bakterien bemerkenswerte Strategien zur Entgiftung entwickelt. Eine davon basiert auf dem Enzym CueO. Ein Team marseiller Wissenschaftler hat die Schlüsselrolle bestimmter Domänen dieses Enzyms beleuchtet, die wie echte molekulare Antennen bei der Verwaltung und Beseitigung von überschüssigem Kupfer agieren.


Ergebnisse, die in PNAS veröffentlicht wurden, könnten zahlreiche biotechnologische und therapeutische Anwendungen nach sich ziehen.

Kupfer, obwohl es für viele biologische Prozesse essentiell ist, wird toxisch, wenn es sich in Zellen ansammelt. Um sich zu schützen, nutzen Bakterien wie Escherichia coli ausgeklügelte Entgiftungssysteme.

Eines dieser Systeme umfasst das Enzym CueO. Diese Multikupfer-Oxidase wandelt Kupferionen (Cu⁺) in eine weniger schädliche Form (Cu²⁺) um und minimiert dabei gleichzeitig die Bildung destruktiver Sauerstoffradikale. Eine interessante Eigenschaft des Enzyms CueO ist seine flexible Domäne, die reich an Methionin-haltigen Aminosäuren ist und deren Funktion weitgehend umstritten bleibt.

Ein Team von Chemikern und Biologen des Labors für Bioenergetik und Proteinengineering sowie des Labors für Bakterienchemie (CNRS/Aix Marseille Université) hat die Rolle dieser Domäne untersucht, indem es biochemische, biophysikalische und elektrochemische Experimente mit Tests an lebenden Bakterien kombiniert hat.

Sie haben festgestellt, dass diese Domäne wie ein echter Kupfersammler wirkt, indem sie den Zugang der stark an andere Moleküle gebundenen Cu⁺-Ionen zum aktiven Zentrum des Enzyms erleichtert und so deren Umwandlung beschleunigt.

Diese Studie, die in PNAS veröffentlicht wurde, eröffnet interessante therapeutische und biotechnologische Innovationsperspektiven. Einerseits könnte das Verständnis dieser Entgiftungsmechanismen bei Bakterien Biotechnologien inspirieren, die die Fähigkeit von Enzymen zur Kupfersteuerung nutzen. Andererseits ist Kupfer eine der Waffen, die von Makrophagen zur Bekämpfung bakterieller Infektionen eingesetzt werden.

Dieses Verständnis könnte aufzeigen, wie Krankheitserreger wie Escherichia, Pseudomonas oder Salmonella dem Immunsystem entkommen, und könnte die Entwicklung innovativer Therapien gegen Antibiotikaresistenzen inspirieren. Eine vielversprechende Spur im Kampf gegen pathogene Bakterien.

Autor: AVR

Referenz:
Methionine-rich domains emerge as facilitators of copper recruitment in detoxification systems
PNAS 2024
https://doi.org/10.1073/pnas.240286212