Forscher der NYU Grossman School of Medicine haben mit Hilfe der Technologie MAGE (Multiplex Automated Genome Engineering) das gesamte Inventar an Mutationen in Escherichia coli (E. coli) Bakterien generiert, speziell im Enzym RNA-Polymerase (RNAP), das vom Antibiotikum Rifampicin angegriffen wird. Durch den Ersatz jedes Aminosäure-Bausteins, der die Rifampicin-Bindungsstelle bildet, mit allen möglichen Aminosäuren haben die Forscher 760 einzigartige RNAP-Mutanten geschaffen. Zwei Mutanten, L521Y und T525D, waren besonders sensibel gegenüber Rifampicin und wurden nahezu vollständig durch das Antibiotikum ausgelöscht, das normalerweise nur das Bakterienwachstum stoppt. Diese Entdeckung könnte die Entwicklung neuer Antibiotika mit erhöhter Wirksamkeit erleichtern, indem die Struktur von Rifampicin und anderen Antibiotika verändert wird. Die Studie hat zudem gezeigt, dass Rifampicin die Bakterien durch das Stoppen des RNAP-Enzyms abtötet, wodurch es zu Kollisionen mit anderen am DNA-Replikationsprozess beteiligten Zellbestandteilen kommt und letztendlich tödliche DNA-Brüche entstehen. Darüber hinaus beleuchtet die Forschung den Wirkmechanismus von Nukleotidanaloga wie dem Krebsmedikament 5FU, indem sie zeigt, dass bestimmte RNAP-Mutationen die RNA-Synthese und den Verbrauch von Nukleotiden beschleunigen. Die Studie verdeutlicht das Potenzial dieser Techniken, um die Bindungsstellen anderer Medikamente zu kartieren und unser Verständnis von Resistenzanfälligkeiten zu verbessern. Die Forschung wurde durch Stipendien der National Institutes of Health und der Blavatnik Family Foundation unterstützt. Die Studie wurde von dem Medizinstudenten Kevin Yang geleitet und mit Beteiligung anderer Forscher des NYU Langone durchgeführt.
Einführung
Dieser Artikel behandelt eine Studie der Forscher der NYU Grossman School of Medicine, bei der die MAGE-Technologie zur Erzeugung von Mutationen bei Escherichia coli (E. coli)-Bakterien eingesetzt wurde. Die Studie konzentrierte sich auf das Enzym RNA-Polymerase (RNAP), das durch das Antibiotikum Rifampicin angegriffen wird.
Zusammenfassung:
Forscher der NYU Grossman School of Medicine nutzten die MAGE-Technologie, um Mutationen bei E. coli-Bakterien zu erzeugen. Der Fokus der Studie lag auf dem Enzym RNA-Polymerase (RNAP), das das Ziel des Antibiotikums Rifampicin ist.
Die MAGE-Technologie
Die Multiplex Automated Genome Engineering (MAGE)-Technologie ermöglicht die schnelle und simultane Erzeugung von mehreren Mutationen im Genom. Dabei werden synthetische DNA-Oligonukleotide verwendet, um gezielte Mutationen einzuführen.
Zusammenfassung:
Die MAGE-Technologie ermöglicht die simultane Erzeugung mehrerer Mutationen im Genom. Dabei werden synthetische DNA-Oligonukleotide verwendet, um gezielte Mutationen einzuführen.
Mutationen in RNA-Polymerase (RNAP)
In dieser Studie konzentrierten sich die Forscher darauf, Mutationen im Enzym RNA-Polymerase (RNAP) zu erzeugen. Indem sie jeden Aminosäure-Baustein, der die Rifampicin-Bindungsstelle bildet, durch alle möglichen Aminosäuren ersetzten, erzeugten sie 760 einzigartige RNAP-Mutanten.
Zusammenfassung:
Die Forscher erzeugten Mutationen im Enzym RNA-Polymerase (RNAP), indem sie jede Aminosäure in der Rifampicin-Bindungsstelle durch alle möglichen Aminosäuren ersetzten. Dadurch wurden 760 einzigartige RNAP-Mutanten erzeugt.
Identifikation von hypersensiblen Mutanten
Aus der Gruppe von 760 RNAP-Mutanten wurden zwei Mutanten identifiziert, die auf Rifampicin hypersensibel reagierten. Die Mutanten mit den Bezeichnungen L521Y und T525D wurden von dem Antibiotikum nahezu ausgelöscht, während es normalerweise nur das Wachstum der Bakterien stoppt.
Zusammenfassung:
Zwei hypersensible Mutanten (L521Y und T525D) wurden in der Gruppe von 760 RNAP-Mutanten identifiziert. Diese Mutanten wurden nahezu vollständig von Rifampicin ausgelöscht, während das Antibiotikum normalerweise nur das Wachstum der Bakterien stoppt.
Wirkungsweise von Rifampicin
Diese Studie beleuchtet die Wirkungsweise von Rifampicin. Es wurde festgestellt, dass Rifampicin Bakterien durch Hemmung des RNAP-Enzyms abtötet, wodurch es zu Kollisionen mit anderen zellulären Maschinen kommt, die an der DNA-Replikation beteiligt sind. Dies führt letztendlich zu tödlichen DNA-Schäden.
Zusammenfassung:
Die Studie zeigt, dass Rifampicin Bakterien durch Hemmung des RNAP-Enzyms abtötet, was zu Kollisionen mit anderen zellulären Maschinen führt, die an der DNA-Replikation beteiligt sind. Diese Kollisionen führen zu tödlichen DNA-Schäden.
Beschleunigung der RNA-Synthese und dem Nukleotidverbrauch
Des Weiteren zeigte die Forschung, dass bestimmte Mutationen in RNAP eine Beschleunigung der RNA-Synthese und des Nukleotidverbrauchs bewirken. Diese Erkenntnis hat Auswirkungen auf die Wirkungsweise von Nukleotid-Analoga wie dem Anti-Krebs-Medikament 5FU.
Zusammenfassung:
Spezifische Mutationen in RNAP wurden gefunden, die eine Beschleunigung der RNA-Synthese und des Nukleotidverbrauchs bewirken. Diese Entdeckung gibt Einblick in die Wirkungsweise von Nukleotid-Analoga wie dem Anti-Krebs-Medikament 5FU.
Anwendungen und zukünftige Ausrichtungen
Diese Studie verdeutlicht das Potenzial der MAGE-Technologie zur Kartierung der Bindungsstellen anderer Medikamente und zur Verbesserung unseres Verständnisses von Resistenzmechanismen. Sie eröffnet auch Möglichkeiten zur Entwicklung neuer, wirksamerer Antibiotika durch die Veränderung der Struktur von Rifampicin und anderen Antibiotika.
Zusammenfassung:
Die Studie zeigt das Potenzial der MAGE-Technologie bei der Kartierung der Bindungsstellen anderer Medikamente und bei der Verbesserung unseres Verständnisses von Resistenzmechanismen. Sie weist auch auf die Möglichkeit hin, effektivere Antibiotika durch die Modifizierung der Struktur von Rifampicin und anderen Antibiotika zu entwickeln.
Forschungsunterstützung
Die Forschung wurde durch Zuschüsse des National Institutes of Health und der Blavatnik Family Foundation unterstützt. Die Studie wurde von dem MD-PhD-Studenten Kevin Yang geleitet, mit Beteiligung weiterer Forscher der NYU Langone.
Zusammenfassung:
Die Forschung wurde von Zuschüssen des National Institutes of Health und der Blavatnik Family Foundation unterstützt. Die Studie wurde von dem MD-PhD-Studenten Kevin Yang geleitet und umfasste Zusammenarbeit mit anderen Forschern der NYU Langone.
