„EHEC sind krankheitserregende Verwandte der E. coli-Bakterien unserer gesunden Darmflora“, sagt Professor Theresia Stradal, die vor kurzem vom Braunschweiger Helmholtz-Zentrum an die Universität Münster wechselte. EHEC werden durch kontaminierte Lebensmittel und Schmierinfektionen übertragen und binden im Körper sehr fest an Darmzellen. „Dazu injizieren sie mit einer Art ‚molekularer Spritze‘ einen Proteincocktail, der in der Wirtszelle eine sogenannte Signalkaskade auslöst.“ Im Verlauf dieser Prozesse werden die Bakterien auf der Oberfläche der Darmzelle verankert und sitzen fest auf kleinen, sockelartigen Podesten. Zudem bilden die Bakterien ein Zellgift, das die schweren Durchfälle verursacht und die Gefahr von Komplikationen erhöht.

Den festen Kontakt zwischen EHEC und Darmzelle vermitteln drei Proteine, die bakteriellen Faktoren Tir und EspFU, die in die Wirtszelle injiziert werden, und IRSp53 der Darmzellen. Letzteres sammelt sich unterhalb der Oberfläche der Darmzelle und wird von dem Bakterium als Brücke zu den Wirtszellfaktoren genutzt, die die Podeste bilden und aufrechterhalten. Diese Verbindung wurde von der Arbeitsgruppe von Theresia Stradal und den amerikanischen Kollegen im Jahr 2009 erstmals erkannt und beschrieben.

Strukturbiologen des HZI haben nun diese Wechselwirkung des EHEC-Faktors Tir mit dem menschlichen Protein IRSp53 entschlüsselt. Dazu analysierten sie die atomare Struktur dieser Proteine während der Bindung aneinander. Sie entdeckten, dass zwei Tir-Proteine und ein zweikettiges IRSp53 nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip ineinander einrasten. Das Besondere an der Bindung: lediglich drei Bausteine des Bakterienproteins Tir sorgen für die feste Wechselwirkung und binden in einer bislang unentdeckten Furche auf der Oberfläche des Wirtsproteins IRSp53. „Die Festigkeit und Spezifität dieser Bindung war sehr überraschend“, erklärt Dr. Konrad Büssow, Leiter der Arbeitsgruppe „Strukturuntersuchungen an Faktoren der Pathogenabwehr“ am HZI.

Wenn die Forscher nur eine einzige Aminosäure entweder am bakteriellen Tir oder am menschlichen IRSp53 verändern, verschlechtert sich bereits die Bindung der Proteine aneinander. „Diese Arbeit zeigt zum ersten Mal die atomaren Details der Wechselwirkung von EHEC Tir mit dem Wirtszellen-Protein IRSp53“, so Büssow.