Forscher haben gezeigt, dass das Bakterium Listeria monocytogenes drei unabhängige Stoffwechselwege nutzt, um den One‑Carbon‑Folate‑Pool (1C‑THF) zu speisen, was für das intrazelluläre Wachstum und die Virulenz entscheidend ist.
Hintergrund
Der Glycin‑Cleavage‑System (GCS) ist bislang als zentrale Quelle für 1C‑THF in L. monocytogenes identifiziert worden. Das System decarboxyliert Glycin und liefert 1‑C‑Tetrahydrofolate, das als Folat‑abhängiger Ein‑Kohlenstoff‑Donor für die Synthese weiterer Metaboliten dient.
Analyse des ΔgcvPAB‑Mutanten
Ein Mutant, dem das GCS‑Enzym Glycin‑Dehydrogenase (gcvPAB) fehlt, wies eine deutliche Abschwächung in infizierten Wirtszellen auf, ohne jedoch das klassische Phänotypmuster von Virulenzfaktorenmutanten zu reproduzieren. Zusätzlich wuchs der Mutant nur schlecht in synthetischem Medium, weil vorhandenes Glycin für ihn toxisch war.
Suppressor‑Studien und Reaktivierung von fhs
Durch Selektion von Glycin‑resistenten Suppressor‑Stämmen wurde ein Überlebender isoliert, bei dem die N‑ und C‑terminalen Teile des Formiat‑Tetrahydrofolat‑Ligase‑Gens (fhs) zu einem vollständigen off‑reading‑frame zusammengefügt waren. In der Referenzstamm EGD‑e ist fhs durch ein Früh‑Stopp‑Codon getrennt. Die Wiederherstellung von Fhs, das ebenfalls den 1C‑THF‑Pool speist, korrigierte die Virulenzdefekte des ΔgcvPAB‑Mutanten.
Rolle von GlyA
Ein weiterer Suppressor besaß eine Mutation im glyA‑Gen, das für Serin‑Hydroxymethyltransferase kodiert. Kombinatorische Deletionen von gcvPAB und glyA in Hintergründen mit und ohne funktionales fhs zeigten, dass GlyA ebenfalls am 1C‑THF‑Stoffwechsel beteiligt ist.
Bestätigung der drei Pfade
Durch systematische Kombination der Mutationen konnten die Forscher nachweisen, dass GCS, Fhs und GlyA drei redundante, aber komplementäre Wege darstellen, die den One‑Carbon‑Folate‑Pool versorgen und damit das intrazelluläre Wachstum sowie die Virulenz von L. monocytogenes unterstützen.
Schlussfolgerungen
Die Ergebnisse stellen das erste dokumentierte Beispiel einer spontanen Reaktivierung eines in L. monocytogenes durch ein Früh‑Stopp‑Codon deaktivierten Gens dar und erweitern das Verständnis der metabolischen Anpassungen, die dem Pathogen das Überleben im Wirtszellinneren ermöglichen.
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