Molekulare Maschinen und Infektionsbiologie
Zellen stellen den kleinsten lebendigen Baustein des Lebens dar und grenzen sich durch Zellmembranen von ihrer Umgebung ab. In diesen laufen eine Vielzahl von komplexen biochemischen Vorgängen ab. Zellen stellen jedoch ein zur Umgebung offenes System dar und tauschen sowohl Moleküle jeglicher Art, als auch Information über den sie umgebenden Lebensraum aus. Diese Kommunikation zum extrazellulären Lebensraum wird meist von spezifischen, in der Zellmembran eingelagerten Membranproteinen bewerkstelligt. Oft sind diese aus verschiedenen Einzelproteinen zu einer sogenannten molekularen Maschine zusammengesetzt.
Eine Vielzahl human-pathogener Mikroorganismen, wie z.B. Salmonellen, Pseudomonaden, Shigellen oder entero-haemorrhagische E. coli (EHEC), verwenden spezifische, molekulare Maschinen, um gezielt bakterielle Giftstoffe (Virulenzeffektoren) in Wirtszellen einzuschleusen. Diese Effektoren wirken im besonderen auf zentrale zelluäre Wirtsregulationskreise und verändern dabei das Verhalten der Wirtszelle gegenüber Mikroorganismen. So erfährt z.B. das zelluläre Zytoskelett eine dramatische Formveränderung, die es Salmonellen erlaubt, effizient in die Wirtszelle einzudringen und den Infektionszyklus weiter voranzutreiben.
Unsere Untersuchungen fokussieren sich auf den Beginn des Infektionszyklus: den direkten Transport bakterieller Proteine in den Wirtsorganismus. Dies wird durch das sogennannte Typ-3-Sekretionssystem vermittelt, das dem Aufbau einer Injektionsnadel, jedoch im Nanomasstab ähnelt (Schraidt and Marlovits, Science 2010). Aufgrund der strukturellen Untersuchungen wurde ein möglicher Transportweg sichtbar gemacht. Durch die Verwendung eines eleganten molekularbiologisch-biochemischen Ansatzes konnten wir ein neues Transportmolekül herstellen, welches uns ermöglichte, dieses im Laufe des Transportes zu beobachten. Unsere Analysen zeigten, dass ein Protein nur durch die Aufgabe seiner drei-dimensionalen, gefalteten Form transportiert werden kann (Radics et al, Nature SMB, 2013). Dies stellt die erste visuelle Beschreibung eines Proteintransportes über Membranen hinweg dar. Wir sind davon überzeugt, dass unsere Untersuchungen die Grundlage für die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze in der Verhinderung der Ausbreitung bakterieller Infektionen darstellt.