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Umwelt+Natur

Forscher blicken in den Motor von Bakterien und Geißeltierchen

Bis zu 250 mal pro Sekunde rotieren die winzigen Geißeln bei E.coli Bakterien. Je nach Last und Richtung schalten die Mikroorganismen ihren Motor um und lassen das Flagellum – so der Fachausdruck für die Geißel – mit oder gegen den Uhrzeigersinn schwingen. Amerikanischen Forschern gelang nun ein näherer Einblick in den Mechanismus dieses effektiven Biomotors. Ihre Ergebnisse zum Steuerungsmechanismus im Körper der winzigen LebewesenIn präsentieren sie in der Fachzeitschrift Nature (Vol. 423, S 938).

„Wie vermuten, dass das Umschalten eine Reaktion auf das sich ändernde, wirkende Drehmoment ist oder aus der Drehgeschwindigkeit dieses Motors erkannt wird“, berichtet Karen A. Fahrner von der Harvard University in Cambridge. In einem komplexen Versuchsaufbau hielten sie und ihre Kollegen die Escherichia Coli Bakterien in einer Nährlösung am Leben und veränderten die Viskosität der Flüssigkeit, in der die Geißel ihren Antreibsschub aufbauen musste, mit verschieden großen Latex-Tropfen.

In zähflüssiger Umgebung, das heißt bei großer Last für den Geißel-Antrieb, sank die Rotationsrate unter 50 Umdrehungen pro Sekunde. Bei diesen Bedingungen drehten sie bevorzugt im Uhrzeigersinn. In flüssigerer Umgebung hingegen rotierten die Flagellen schneller und deutlich länger gegen den Uhrzeigersinn

Eine endgültige Erklärung für dieses asymmetrische Fortbewegungsverhalten können Fahrner und ihre Kollegen bisher noch nicht liefern. Aber für den Regelungsmechanismus in der Bakterie schlagen sie eine Abhängigkeit des Hin-und Herschaltens vom Protonenfluss durch den Motor vor. Denn für jede Umdrehung der Geißel muss wahrscheinlich eine festgelegte Anzahl an Protonen durch den elektrochemischen Motor wandern, um eine Bewegung zu erzeugen.

Ließe sich der Mechanismus dieses hoch effektiven Bioantriebs, der auch für die Beweglichkeit von Spermien von großer Bedeutung ist, im Kern verstehen, könnten die Forscher an eine Kopie denken. Gerade im aufstrebenden Bereich der Nanotechnologie könnten solche Aggregate auf biologischer Basis nützliche Alternativen zu miniaturisierten, klassischen Antrieben liefern.

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Jan Oliver Löfken
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