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Samstag, 25.03.2017
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Molekulare Bremse drosselt natürlichen Nanomotor

Wie Bakterien ihre Flagellen regulieren

Bakterien können trotz ihrer geringen Größe mithilfe eines winzigen rotierenden Nanomotors unglaubliche Schwimmleistungen vollbringen. Dabei steuert eine molekulare Motorbremse die Geschwindigkeit. Diese neuen Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung sind für die Nanotechnologie von Bedeutung, schreibt ein internationales Forscherteam in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift „Cell“.
E. Coli-Bakterium

E. Coli-Bakterium

Bakterien der Art Escherichia coli können, wie viele andere Keime auch, Nahrungsgradienten wahrnehmen und mit Hilfe rotierender Flagellen zu Orten höherer Nährstoffkonzentration schwimmen. Geht die Nahrung jedoch definitiv zur Neige, schwimmen die Keime immer langsamer. Bei diesem Phänomen spielen ein intrazellulärer Botenstoff namens cyclic-dimeric-GMP und ein Protein namens YcgR eine Rolle: Bisher jedoch war unklar, ob diese das Schwimmtempo direkt beeinflussen oder beispielsweise den Reibungswiderstand der Zelloberfläche erhöhen.

Moleküle Teil einer ausgeklügelten Maschinerie


Einem Forscherteam aus Basel, Zürich, Heidelberg und Hannover um Alex Böhm und Professor Urs Jenal vom Biozentrum der Universität Basel konnte nun zeigen, dass die beiden Moleküle Teil einer ausgeklügelten Maschinerie sind, mit deren Hilfe E. coli seinen Flagellenmotor ganz gezielt drosseln kann.

Bindet nämlich der Botenstoff an das YcgR-Protein, wird dieses zu einer Art molekularen Bremse: Es interagiert mit jenen Teilen des Motors, die den Rotor antreiben, und verlangsamt dadurch die Drehbewegung der Flagellen. Und da jeder Motor über eine Reihe solcher Antriebsproteine verfügt, kann das Schwimmtempo schrittweise gedrosselt werden, und zwar umso stärker, je mehr Antriebsproteine durch die molekulare Bremse blockiert werden.


Wie viele das sind, hängt von der Konzentration des Botenstoffs in der Zelle ab, und die wiederum korreliert mit der Nährstoffversorgung der Bakterien. Denn von den fünf Enzymen, die den Botenstoff produzieren beziehungsweise abbauen, werden immerhin drei gegen Ende der Wachstumsphase - wenn die Nährstoffe zur Neige gehen - an- respektive abgeschaltet. Die Forscher vermuten deshalb, dass dieser Mechanismus es den Bakterien erlaubt, ökonomischer mit den schwindenden Ressourcen umzugehen.

Neues Vorbild für Nanomotoren?


Die neue Studie zeigt aber nach Ansicht der Wissenschaftler nicht nur einmal mehr, zu welchen faszinierenden Leistungen Mikroorganismen in der Lage sind, sondern ist darüber hinaus auch etwa für die Nanotechnologie von Interesse.

Die hat den bakteriellen Flagellenmotor bereits vor geraumer Zeit für sich entdeckt, schließlich ist dieser mit einem Durchmesser von etwa 45 Nanometern um mehrere Größenordnungen kleiner als die - im Hinblick auf Beweglichkeit, Leistung und Wirkungsgrad - deutlich schlechteren so genannten Nanomotoren, die von Wissenschaftlern bislang gebaut wurden. Dass das Vorbild aus der Biologie nun auch noch fein reguliert werden kann, legt die Messlatte noch höher.
(idw - Universität Basel, 23.03.2010 - DLO)
 
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