Signal zur Rudelbildung
Protein des Cholera-Bakteriums steuert Biofilm-Bildung
Auf eine geheime Botschaft hin verbinden sich Bakterien zu einem Biofilm. Dieser so genannte sekundäre Botenstoff erhöht bei dem Cholera-Erreger Vibrio cholerae sogar noch seine unheilvolle Wirkung: Die Matrix des Bakterienverbands löst beim Menschen weitere zahlreiche chronische Infektionen aus. Das Signal ist bekannt, auf das hin Vibrio sesshaft wird, nun haben US-Forscher auch den zentralen Regulator entdeckt: Bindet sich der Botenstoff an das Protein VpsT des Bakteriums, so startet ein genetisches Programm, das am Ende zu einem stabilen Netzwerk führt. Das geklärte Zusammenwirken von Botenstoff und seinem Rezeptor öffnet die Chance, mit neuen Medikamenten die gefährliche Vernetzung der Bakterien zu verhindern.
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Wie Menschen im Online-Portal Facebook, so geben freischwimmende Bakterien ihr Einzelgänger-Dasein zu Gunsten einer Matrix-Community auf. Über spezielle Botenstoffe schalten die Bakterien gegenseitig Gene an und ab und bilden schließlich eine multizelluläre Lebensform. Als Biofilm überstehen sie Hungerphasen und bilden stabilen Widerstand gegen Entferungsversuche, außerdem trotzen sie leichter Umweltveränderungen wie Temperatur- oder pH-Wert-Schwankungen.
Vibrio cholera kommuniziert mit Artgenossen über das Signalmolekül c-di-GMP: Es regelt die Ausbildung des festen Verbands. Bei bestimmten Konzentrationen wird auch die Produktion des Gifts Choleratoxin begünstigt, das beim Menschen gefährliche Darmerkrankungen wie Cholera auslöst. Durch eine 3-D-Strukturanalyse haben US-Wissenschaftler um Petya Krasteva von der Cornell University in Ithaka jetzt die Andockstelle des Signalmoleküls entdeckt: Das Protein VpsT nimmt die Einladung zur Rudelbildung entgegen. Die beiden Proteine bilden einen Dimer genannten Molekülverband, der Erbgut erkennt und das Ablesen von Genen für die weitere Herstellung von Proteinen regelt.
"Damit haben wir eine Liste der involvierten Einzelteile. Der nächste Schritt wird sein, ein noch tieferes Verständnis der Auslöser und Prozesse zu entwickeln, die Biofilm-Formationen steuern", erklärt Studienleiter Holger Sondermann von der Cornell University. "Mit diesen Daten können wir dann Ansätze erarbeiten, um die Vorgänge zu unterbrechen und Ansatzpunkte für Therapien zu identifizieren."
Rotten sich Bakterien zu Biofilmen zusammen, so können sie Metall zersetzen, elektrische Kontakte unterbrechen, Zähne faulen lassen und zahllose Krankheiten bei Mensch und Tier auslösen. Dazu gehören beispielsweise Mittelohr- und Prostataentzündung sowie Stoffwechselkrankheiten. Durch die Interaktion im Biofilm erhöhen sie auch die Resistenz gegen Antibiotika und ihre Fähigkeit, Infektionen und Krankheiten auszulösen, erläutert Sondermann.
Petya Krasteva (Cornell University, Ithaka) et al.: Science, doi: 10.1126/science.1181886
ddp/wissenschaft.de – Rochus Rademacher
