Bakteriophagen, also Viren, welche Bakterien befallen, verwenden ein Eisenatom als Spitze der Injektionsnadel, mit der die Bakterien angebohrt und die Phagen-DNA injiziert wird. Bakteriophagen sind wunderschöne Gebilde, die ein bisschen an Roboter rinnern. Sie werden in der Wissenschaft in verschiedenen Fachbereichen als Hilfsmittel eingesetzt, wie zum Beispiel beim Phage Display, oder bei der verwendung genetischer Bausteine, die aus Phagen abgeleitet wurden.
Bakteriophagen sind Viren, die ausschliesslich bakterielle Zellen befallen. Sie stellen in der heutigen Zeit der Antibiotikaresistenzen ein wichtiges Forschungsfeld dar, da sie eine potentielle Therapiemöglichkeit für resistente Bakterien liefern könnten. Entsprechende Ansätze fristeten bislang eher ein Schattendasein. Dies hängt aber auch mit den Limitationen der Methode zusammen, die bisher nur oberflächlich gezielt Anwendung fimdet, da eine systemische Anwendung ganz andere Erfordernisse an die Lieferungsformen der Phagen stellen würde.
Dass Bakteriophagen eine Nadelähnliche Struktur für das EInbringen ihrer DNA in die Wirtszelle verwenden war bekannt, doch wie genau diese Nadel aufgebaut ist war nicht bekannt. Um dies herauszufinden haben Forscher die Nadelsequenz der Bakteriophagen P2 and Φ92 untersucht. Diese Viren befallen Salmonellen und Escherichia coli. Die Nadelproteine wurden analysiert und getrennt produziert und für die Röntgenstrukturanalyse kristallisiert.
Die Röntgenstrukturanalyse ist eine komplizierte Methode, bei welcher ein Protein in Reinform von einer gelösten Form in die feste Phase überführt werden muss. Dabei müssen sich reine Einkristalle bilden. Das scheitert oft schon daran, dass sich die Proteine aufgrund ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften überhaupt nicht rein herstellen oder kristalliesieren lassen. Ist es dann aber gelungen, kann der Einkristall mit Röntgenstrahlen durchleuchtet werden und eine Aussage über seinen molekularen Aufbau getroffen werden. Die meissten heute bekannten dreidimensionalen Strukturen gehen auf diese Methode zurück.
Beim ersten Ansatz konnte die Nadelstruktur zwar weitgehend aufgeklärt werden, doch für die Spitze, konnte die erste Analyse keine stichhaltige Auflösung liefern. Darum griffen die Forscher erneut auf die Sequenz zurück und stellten diesmal nur die bisher “unsichtbaren” Spitzen der Nadelsequenz her und kristalisierten diese. Bei einer weiteren Röntgenstrukturanalyse konnten sie nun endlich die genaue Struktur der Nadelspitze herleiten und fanden zu ihrer Überaschung in beiden Varianten ein einzelnes Eisenatom, gebunden an sechs definierte Aminosäurereste, die zusammen eine perfekte Nadelspitze ausbildeten. Also ideal geeignet für die Aufgabe eine Bakterienmembran zu durchstechen.
Phage Pierces the Host Cell Membrane with the Iron-Loaded Spike.C Browning, MM. Shneider, et al. (2012) Structure, https://dx.doi.org/10.1016/j.str.2011.12.009
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