Bakterielle Krankheitserreger können eine Vielzahl menschlicher Zelltypen befallen, die teils schwere Erkrankungen auslösen. Gleichzeitig stellt die zunehmende Verbreitung antibiotikaresistenter Bakterien Krankenhäuser und Gesundheitssysteme weltweit vor große Herausforderungen. Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Michael Lammers und Erstautor Ole Schmöker untersuchte den Virulenzfaktor SnCE1 des Chlamydien-ähnlichen Bakteriums Simkania negevensis. Dieses Bakterium kann unter anderem Atemwegs- und Lungenerkrankungen verursachen. Virulenzfaktoren sind spezielle Proteine, mit denen Bakterien menschliche Zellen gezielt beeinflussen. Die Erreger schleusen diese Proteine über besondere Transportsysteme in die Wirtszellen ein. Dort verändern sie die Zellen so, dass sich die Bakterien besser vermehren und Infektionen leichter ausbreiten können.
SnCE1 reagiert auf den Energiezustand der Zelle
Das Forschungsteam der Universität Greifswald zeigte erstmals, dass die Aktivität des bakteriellen Proteins SnCE1 direkt vom Energiestoffwechsel der Wirtszelle abhängt. Entscheidend ist dabei das Molekül Acetyl-CoA, das eine wichtige Rolle bei der Energieversorgung der Zelle spielt. Je mehr davon vorhanden ist, desto stärker verändert sich die Struktur und Funktion des Proteins. SnCE1 kann gleich zwei Aufgaben übernehmen: Zum einen entfernt es SUMO-Moleküle von Proteinen der Wirtszelle und greift so in wichtige Steuerungsprozesse ein. Zum anderen kann es sich selbst chemisch verändern, indem es Acetylgruppen an bestimmte Aminosäuren (Lysine) anheftet. Überraschend ist, dass beide Reaktionen über dieselbe aktive Stelle des Enzyms ablaufen. Dieser Mechanismus war bislang unbekannt und zeigt, wie eng die Aktivität von SnCE1 mit dem Energiezustand der Wirtszelle verknüpft ist.“
Besonders wichtig: Die Selbstveränderung entscheidet darüber, ob SnCE1 allein aktiv bleibt. So koppeln die Bakterien ihre krankmachende Wirkung direkt an den Energiezustand der Wirtszelle. Die Forschenden entdeckten außerdem, dass auch Enzyme der Wirtszelle das bakterielle Protein beeinflussen. Sie verändern nicht nur seine Aktivität, sondern auch seinen Aufenthaltsort in der Zelle. Auf diese Weise wandert SnCE1 teilweise zu den Mitochondrien, den „Kraftwerken“ der Zelle. Dort löst das Protein eine Zerstückelung, eine sogenannte Fragmentierung, der Mitochondrien aus. Wie genau das geschieht, ist noch unklar.
Interdisziplinäre Vernetzung für ein tieferes Verständnis von Infektionen
Die Studie entstand in enger Zusammenarbeit zwischen Forschungsgruppen der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät und der Universitätsmedizin Greifswald sowie externen Partnern an den Universitäten Würzburg und Köln. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit war ein zentraler Erfolgsfaktor der Studie und zeigt beispielhaft, wie moderne Forschung durch starke Vernetzung vorangetrieben wird.
Die Entdeckung könnte langfristig medizinisch relevant werden. In Krankenhäusern kommt es immer häufiger vor, dass Standardantibiotika bei bestimmten Infektionen nicht mehr zuverlässig wirken. Patient*innen müssen dann länger behandelt werden, manchmal wechseln Ärztinnen und Ärzte mehrfach die Medikamente. Die Greifswalder Studie beschreibt nun einen bislang wenig beachteten Mechanismus: Bakterien richten ihre Aktivität am Energiezustand menschlicher Zellen aus und steuern so ihre Vermehrung im Körper.
„Unsere Ergebnisse zeigen, wie wichtig die chemische Modifikation von Proteinen für die Anpassung bakterieller Virulenzfaktoren an den Stoffwechsel der Wirtszellen ist“, erklärt Erstautor Ole Schmöker. Lammers ergänzt: „SnCE1 kann mit demselben aktiven Zentrum unterschiedliche enzymatische Reaktionen ausführen. Dadurch kann das Protein nicht nur direkt in zelluläre Prozesse eingreifen, sondern seine Aktivität gleichzeitig flexibel an die Bedingungen in der Wirtszelle anpassen. Ein besseres Verständnis solcher Mechanismen hilft uns dabei, grundlegende Strategien bakterieller Infektionen zu entschlüsseln. Langfristig könnten diese Erkenntnisse dazu beitragen, neue Angriffspunkte für therapeutische Ansätze gegen bakterielle Krankheitserreger und antibiotikaresistente Keime zu identifizieren.“
Universität Greifswald
Originalpublikation:
Schmöker, O., Girbardt, B., Schulze, S. et al. Reprogramming of bacterial virulence by lysine acetylation. Nat Commun 17, 3859 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72244-8
