Katharina Höfer Menyelidiki Mesin Ekspresi Gen Bakteri

Esejak dia masih muda, Katharina Höfer terpesona oleh sains, katanya, dengan penuh kasih mengingat bagaimana dia menjelajahi hutan di Jerman utara bersama kakeknya saat kakeknya menjelaskan kepadanya cara kerja alam. Di sekolah, “Saya selalu menyukai ilmu alam—matematika dan biologi serta kimia dan fisika sangat mudah dilakukan,” katanya Para ilmuwan.

Setelah menyelesaikan gelar sarjana dalam ilmu kehidupan di Universitas Hannover di Jerman pada tahun 2008, Höfer menghabiskan setengah tahun bekerja di Pusat Primata Jerman di Göttingen. Di sana, dia menggunakan pengurutan generasi berikutnya untuk menentukan bahwa partikel simian immunodeficiency virus (SIV)—yang dia gunakan sebagai proksi untuk HIV—mengandung microRNA, RNA nonkode yang membantu mengatur ekspresi gen. Selama waktu itu, dia berkata, “Saya benar-benar jatuh cinta dengan molekul RNA.”

Biologi sekolah menengah mengajarkan bahwa RNA terdiri dari empat nukleosida—adenosin, guanosin, sitidin, dan uridin—tetapi nukleosida ini dapat dimodifikasi dengan berbagai cara, menjadikan RNA molekul yang jauh lebih rumit. Lebih dari 160 modifikasi RNA telah didokumentasikan, dan Höfer mencatat bahwa daftar tersebut terus bertambah. Secara kolektif disebut sebagai epitranskriptom, modifikasi ini memainkan peran penting dalam cara kerja sel, katanya. Mereka dapat mengubah stabilitas dan fungsi RNA, termasuk seberapa mudah molekul tersebut diterjemahkan menjadi protein dan bagaimana ia mampu mengatur ekspresi gen. Pada manusia, penyimpangan dalam modifikasi RNA telah dikaitkan dengan berbagai penyakit, termasuk kanker tertentu dan gangguan neurologis.

Tertarik untuk melanjutkan penelitiannya tentang RNA setelah bertugas di pusat primata, Höfer memulai gelar master dalam bioteknologi molekuler pada tahun 2009, bekerja di lab Andres Jäschke di Universitas Heidelberg di Jerman. Dia tetap berada di lab Jäschke untuk gelar PhD dan postdoc-nya juga, mempelajari modifikasi RNA pada prokariota, yang jauh lebih sedikit diketahui daripada RNA pada eukariota. Akibatnya, katanya, bidang ini matang untuk penemuan-penemuan baru.

Selama PhD-nya, Höfer berperan penting dalam penemuan jenis baru modifikasi RNA pada bakteri: “tutup” nikotinamida adenin dinukleotida (NAD) yang menempel pada ujung 5′ RNA dan membantu melindunginya dari degradasi (Alam, 519:374–77, 2015). Dengan membantu RNA bertahan, tutup NAD pelindung ini juga memainkan peran penting dalam mengatur ekspresi gen, Höfer menemukan. Dia kemudian mengambil peran utama dalam mengkarakterisasi mesin molekuler yang bertanggung jawab untuk menghilangkan tutupnya, menjelaskan struktur dan fungsi enzim yang disebut NudC (Nat Chem Biola12:730–34, 2016).

Jäschke mengatakan bahwa sementara Höfer sudah terampil ketika dia bergabung dengan lab, ini adalah masa pertumbuhan yang besar baginya. “Selama PhD-nya, dia berkembang pesat dan tampil luar biasa,” katanya. “Dia terlibat dalam sejumlah proyek yang sangat sukses, [and] untuk beberapa dari mereka, dia adalah kekuatan pendorong di balik proyek ini.”

Pada tahun 2020, Höfer meninggalkan Heidelberg untuk posisinya saat ini sebagai pemimpin kelompok laboratorium epitranskriptomik bakteri di Institut Max Planck untuk Mikrobiologi Terestrial di Marburg. Kelompok ini sekarang mencakup beberapa mahasiswa PhD, master, dan sarjana. Nadiia Pozhydaieva, seorang mahasiswa PhD di lab Höfer, berkomentar tentang seberapa besar perhatian dan dukungan yang diberikan Höfer kepada setiap anggota lab. “Katharina mencoba memimpin kelompoknya dengan cara yang berbeda. Kami seperti sebuah keluarga, ”katanya Para ilmuwan. “Sejujurnya, Katharina adalah mentor terbaik yang pernah saya miliki karena dia membutuhkan waktu untuk kita masing-masing.”

Höfer dan timnya baru-baru ini menerbitkan pracetak yang menunjukkan bahwa virus pembunuh bakteri, yang disebut bakteriofag, memiliki enzim khusus yang dapat menggunakan tutup NAD untuk merekatkan protein bakteri dan untaian RNA bersama-sama. Sementara tujuan dari perilaku ini belum sepenuhnya dipahami, Höfer berhipotesis bahwa menempelkan RNA ke protein dapat mengganggu fungsi protein, secara efektif mematikan aktivitas seluler penting dalam sel bakteri. Ini, katanya, mungkin merupakan mekanisme penting dan belum dijelajahi dimana bakteriofag mampu membunuh bakteri.

Höfer mengatakan bahwa dia sedang mengeksplorasi aplikasi potensial dari pekerjaan ini — mungkin untuk memandu penemuan agen pembunuh bakteri baru — sambil juga terus menggali lebih jauh ke dalam penelitian mendasar tentang modifikasi RNA pada bakteri, yang masih banyak yang harus dipelajari. “Ini adalah cerita yang tidak pernah berakhir.”