Posted in: Biologie, Medizin 12. Juli 2012 20:00 Weiter lesen →

Wie Bakterien eine Burg bauen

Grafik zeigt Biofilm auf Unterlage als Gebirge, die verschiedenen Proteine farbig markiert Wenn sich Bakterien zusammenrotten, erinnert das Resultat an ein stabiles Haus voller Wohngemeinschaften. Das haben amerikanische Forscher am Beispiel des Cholera-Erregers ermittelt. Die von dem Bakterium produzierten Biofilme bestehen demnach aus Gruppen von Zellen, die jeweils von einer einzigen Gründerzelle abstammen.

Verschiedene Proteine halten die Bakterien (dunkelblau) und ihren Biofilm zusammen: RbmA (rot), Bap1 (grün) und RbmC (grau). Grafik: Veysel Berk, UC Berkeley

In diesen Biofilmen dienen verschiedene Proteine dazu, den Kontakt zwischen den Mitgliedern einer Gruppe, zwischen den Gruppen und mit der Unterlage zu halten, berichten Veysel Berk von der Universität Berkeley und seine Kollegen im Magazin „Science“. Nach Ansicht des Forschers stellen diese Biofilmproteine lohnenswerte Angriffspunkte für künftige Antibiotika dar.

Bakterien sind nicht die Einzelgänger, für die sie lange gehalten wurden. Vielmehr finden sie sich bereitwillig zu Biofilmen zusammen, berühmt-berüchtigt etwa als Zahnbelag, als schleimiges Hindernis in Wasserleitungen oder als gefährlicher Bewuchs in Atemwegen und auf medizinischen Implantaten. In diesen widerstandsfähigen Gebilden sind die Bakterien vor widrigen Umweltbedingungen, aber auch vor Antibiotika und dem Immunsystem eines Wirts erstaunlich gut geschützt.

Berk und Kollegen studierten, wie einzelne Bakterien der Art Vibrio cholerae sich an eine Glasoberfläche hefteten und nach und nach einen Biofilm bildeten. Dazu ließen die Forscher ständig eine Kulturlösung über den wachsenden Biofilm strömen, die in geringer Konzentration fluoreszierende Antikörper gegen verschiedene Bakterienproteine enthielt. Mit einer aufwändigen Mikroskopiertechnik konnten sie präzise verfolgen, wann und wo diese Proteine gebildet wurden.

Das erste Biofilmprotein mit der Bezeichnung RbmA tauchte auf, sobald sich eine Gründerzelle teilte, und verband die beiden resultierenden Zellen miteinander. Auch alle folgenden Tochterzellen produzierten das Protein und blieben daher als kompakte Gruppe zusammen. Wo eine Gruppe an die Glasunterlage angrenzte, bildeten ihre Mitglieder dagegen ein Protein namens Bap1, das wahrscheinlich als Verankerung fungiert. Erst nach einigen Bakteriengenerationen tauchte schließlich ein drittes Protein mit der Bezeichnung RbmC auf: Es umhüllte die einzelnen Gruppen und verband sie zugleich wie eine Art Kitt miteinander.

Berk vergleicht die Biofilmstruktur mit einem Gebäude, in dem es mehrere Wohnungen mit jeweils mehreren Bewohnern gibt. „Nun können wir auf rationelle Weise neue Ansätze entwickeln, um das ganze Gebäude einzureißen oder die Bewohner von vornherein an der Errichtung zu hindern“, hofft der Forscher.

Forschung: Veysel Berk und Steven Chu, Department of Physics und Department of Molecular and Cell Biology, University of California, Berkeley; Jiunn C. N. Fong und Fitnat H. Yildiz, Department of Microbiology and Environmental Toxicology, University of California, Santa Cruz; Xiaowei Zhuang, Department of Chemistry and Chemical Biology und Howard Hughes Medical Institute, Harvard University, Cambridge; und andere

Veröffentlichung Science, Vol. 337, 13. Juli 2012, pp 236–9, DOI 10.1126/science.1222981

WWW:
Molecular and Cell Biology, UC Berkeley
Biofilms

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Lachgas aus dem Zahnbelag

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