Aktuelles: Mikro trifft auf Nano

Archaeen sind mikroskopisch kleine Lebensformen, die neben Bakterien und Eukaryoten (einschlie?lich Menschen und Tieren) zu den drei Hauptformen des Lebens auf unserem Planeten z?hlen. Sie wurden erst Ende des letzten Jahrhunderts entdeckt und sind bekannt dafür, dass sie unter extremen Lebensbedingungen an Orten überleben, die wir normalerweise als lebensfeindlich betrachten.

Neuere Studien deuten zudem auf eine enge Evolutionsgeschichte von Archaeen und Eukaryoten hin, die sie als unsere nahen Verwandten positionieren. Die Biologie der Archaeen und ihre Rolle in ?kologischen Kreisl?ufen sind bisher jedoch nur unzureichend verstanden.

Seit vielen Jahren sind die Wissenschaftler:innen am Lehrstuhl für Mikrobiologie der Universit?t Regensburg, dem auch das einzigartige deutsche Archaeenzentrum angegliedert ist, in der Erforschung dieser ungew?hnlichen Organismen weltweit führend.

In einer kürzlich in der Fachzeitschrift RNA ver?ffentlichten Studie, haben die Wissenschaftler:innen nun eine innovative Einzelmolekül-Sequenzierungsmethode namens Nanopore-Sequenzierung verwendet, um einen wichtigen Biosyntheseweg zu entschlüsseln, der für das ?berleben dieser Spezialisten unerl?sslich ist.

Die Nanopore-Sequenziertechnik, die eine detaillierte Analyse von sehr langen Sequenzabschnitten von DNA- und auch RNA-Molekülen erlaubt, wurde nun von den Teams von Prof. Dr. Dina Grohmann (Universit?t Regensburg) und Dr. Sébastien Ferreira-Cerca, (seit Februar 2023 an ?cole Polytechnique de Paris und vorher ebenfalls an der Universit?t Regensburg), genutzt, um die Reifung ribosomaler RNA (rRNA) in drei verschiedenen Modellarchaeen zu untersuchen. {web_name}e Technologie ist so klein, dass sie in eine Hosentasche passt, und erm?glicht kostengünstige Experimente sogar au?erhalb des Labors. Damit spielte sie auch eine entscheidende Rolle bei der Entschlüsselung zahlreicher Genome des SARS-Virus.

Dr. Felix Grünberger, der sich auf moderne Hochdurchsatz-Sequenziertechniken spezialisiert hat und mit seiner experimentellen und bioinformatischen Expertise das Projekt ma?geblich gestaltet hat, bezeichnet diese Technik als "revolution?r und unmittelbar entscheidend für die neuen Erkenntnisse unserer Studie". Die Regensburger Forschenden geh?rten zu den ersten Laboratorien, welche die Nanopore-Methode in der Mikrobiologie zur Sequenzierung von RNA eingesetzt haben und wurden für ihre methodischen Entwicklungen im Jahr 2023 bereits mit dem Publikationspreis des Wissenschaftsjournals RNA ausgezeichnet.

Jetzt hat das Team die Technik genutzt, um die Reifung des Ribosoms zu studieren. Das Ribosom ist eine komplexe makromolekulare Maschine, bestehend aus ribosomaler RNA und ribosomalen Proteinen, die an der Entschlüsselung der genetischen Information beteiligt ist. Als solches ist das Ribosom eine Schlüsselkomponente der Genexpression und des zellul?ren Lebens. Durch die Untersuchung des ribosomalen RNA-Reifungsweges von drei verschiedenen Archaeen mit unterschiedlichen extremen Lebensstilen konnten die Forschenden Einblicke in die gemeinsamen und Organismus-spezifischen Schritte der rRNA-Reifung gewinnen. Sie konnten au?erdem Informationen über die Dekoration der RNA-Moleküle mit zus?tzlichen chemischen Seitenketten, den sogenannten RNA-Modifikationen, erhalten, von denen bekannt ist, dass sie die Funktion der Translationsmaschinerie verfeinern.

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die ribosomale RNA-Reifung effizienter untersucht werden kann, indem multidimensionale Informationen wie Prozessierungs- und RNA-Modifikationsereignisse in einem einzigen Experiment durchgeführt werden und daher auch Organismen studiert werden k?nnen, die unter normalen Laborbedingungen bekannterma?en schwer zu kultivieren sind. Aufgrund ihrer Einfachheit k?nnte die entwickelte Technologie und methodische Pipeline dazu beitragen, die Biodiversit?t der (ribosomalen) RNA-Reifung über alle Dom?nen des Lebens hinweg zu erforschen und gemeinsame Merkmale und zellul?re Anpassungen der (ribosomalen) RNA-Reifung aufzudecken.

Originalpublikation:

Nanopore-based RNA sequencing deciphers the formation, processing, and modification steps of rRNA intermediates in archaea.

Authors:  Felix Grünberger, Michael Jüttner, Robert Knüppel, Sébastien Ferreira-Cerca, and Dina Grohmann

https://rnajournal.cshlp.org/content/29/8/1255.full (externer Link, ?ffnet neues Fenster)