Ein Protein bestimmt die Zellform von Bakterien und damit bakterielle F\u00e4higkeiten. Das haben Wissenschaftler um Prof. Martin Thanbichler herausgefunden.
\nBakterien kommen in vielen verschiedenen Formen vor, die eine wichtige Rolle f\u00fcr das \u00dcberleben in ihrer jeweiligen \u00f6kologischen Nische spielen. Wie sie ihre Zellform bestimmen, ist bisher in vielen F\u00e4llen trotz intensiver Forschung nicht bekannt. Forschende um Prof. Martin Thanbichler deckten den Mechanismus der Formgebung nun f\u00fcr spiralf\u00f6rmige Rhodospirillen auf und erm\u00f6glichen dadurch neue Einblicke in den Zusammenhang von Zellform und Fitness.
\nMan stelle sich eine Bakterie vor: Welche Form hat sie – rundlich, oder st\u00e4bchenf\u00f6rmig? Tats\u00e4chlich sind Bakterien erstaunlich vielgestaltig. Neben den st\u00e4bchenf\u00f6rmigen Vertretern wie dem Laborbakterium E. coli, gibt es zum Beispiel zahlreiche gekr\u00fcmmte und sogar spiralf\u00f6rmige Bakterien.
\nDas ist keine Laune der Natur: die Kr\u00fcmmung ist ausschlaggebend f\u00fcr die F\u00e4higkeit der Bakterien, Oberfl\u00e4chen zu besiedeln, sich in z\u00e4hfl\u00fcssigen Umgebungen zu bewegen – und damit auch, Krankheiten auszul\u00f6sen, wie es zum Beispiel f\u00fcr Vibrio cholerae oder Helicobacter pylori der Fall ist. Forschende weltweit arbeiten daran, die molekularen Einzelheiten der Kr\u00fcmmung zu verstehen, um sie vielleicht einmal beeinflussen und so vielleicht auch Krankheiten heilen zu k\u00f6nnen.
\nNun liefern Forscherinnen und Forscher um den Max-Planck-Fellow Prof. Dr. Martin Thanbichler von der Philipps-Universit\u00e4t neue Einblicke in die Formgebung in dem photosynthetischen Bakterium „Rhodospirillum rubrum“. Diese Spezies ist in der Umwelt weit verbreitet und besitzt auch biotechnologisches Potenzial, da sie Kohlenmonoxid verwerten, Stickstoff fixieren und sowohl Wasserstoff als auch Bausteine f\u00fcr Bioplastik produzieren kann. Die Forschenden fanden \u00fcberraschenderweise, dass zwei sogenannte „Porine“ –
\nkanalartige Proteine, die \u00fcblicherweise nur f\u00fcr den Austausch von N\u00e4hrstoffen \u00fcber die \u00e4u\u00dfere Membran der Bakterien verantwortlich sind –
\nschraubenf\u00f6rmig in der \u00e4u\u00dferen Kr\u00fcmmung der Bakterienzellh\u00fclle angeordnet sind. Diese Strukturen sind \u00fcber ein weiteres Protein, das Lipoprotein PapS, eng mit der Zellwand verbunden. \u00dcberraschend war: fehlte PapS, oder verhinderten die Forschenden dessen Bindung an die Porine, wurden die Zellen vollkommen gerade.
\nDoch warum ist PapS f\u00fcr die Zellkr\u00fcmmung unerl\u00e4sslich? „Offenbar haben die Porine im Lauf der Evolution neben dem N\u00e4hrstoffaustausch eine zweite Funktion \u00fcbernommen“, erkl\u00e4rte Thanbichler. „Sie kontrollieren zusammen mit PapS die Bewegung einer molekularen Maschine, die sich in kreisf\u00f6rmigen Bahnen um den Zellk\u00f6rper bewegt, dabei in die bestehende Zellwand neues Material einbaut und so zu einer Zellverl\u00e4ngerung f\u00fchrt.“
\nIn st\u00e4bchenf\u00f6rmigen Bakterien wie E. coli l\u00e4uft dieser Prozess in allen Bereichen der Zelle gleichm\u00e4\u00dfig ab, so dass eine gerade Form zustande kommt. „In Rhodospirillum hingegen bildet die schraubenartige Porin-PapS-Struktur durch seine dichte Packung eine Art molekularen K\u00e4fig. Dieser umschlie\u00dft die Maschinerie, die f\u00fcr das L\u00e4ngenwachstum der Zelle verantwortlich ist, und fixiert sie dadurch teilweise in der \u00e4u\u00dferen Biegung der Bakterienzellwand. Auf diese Weise kommt es dort lokal zu einem verst\u00e4rkten Wachstum, was zur Kr\u00fcmmung der Bakterienzelle f\u00fchrt.“
\nDie Studie, an der neben dem Marburger Team auch Forschende aus Kiel, Freiburg, England und Australien beteiligt waren, hat damit einen neuartigen Mechanismus der Formgebung in Bakterien aufgedeckt, der auf einem direkten Einfluss von Porinen auf die r\u00e4umliche Kontrolle des Zellwachstums beruht. Die erhaltenen Erkenntnisse treffen wahrscheinlich f\u00fcr alle gekr\u00fcmmten Mitglieder der Rhodospirillen zu. Nun wollen die Forschenden untersuchen, ob dieser Mechanismus auch bei anderen Bakteriengruppen mit komplexeren Zellformen Verwendung findet.
\n„Wir haben nun die M\u00f6glichkeit, die Zellform von Rhodospirillum rubrum gezielt zu ver\u00e4ndern, und k\u00f6nnen so die selektiven Vorteile untersuchen, die ein spiralf\u00f6rmiger Zellk\u00f6rper f\u00fcr Bakterien in der Umwelt hat“, erkl\u00e4rte Sebastian P\u00f6hl. Er ist der Erstautor der Studie. Eine derartige Untersuchung k\u00f6nnte wichtige Hinweise darauf geben, wie sich die Zellform auf die Besiedelung \u00f6kologischer Nischen, das Eingehen symbiotischer Interaktionen mit Pflanzen oder das Verursachen von Krankheiten auswirkt.<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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