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Bakterien schwimmen mit eingebauter Bremse

Geschwindigkeitskontrolle des bakteriellen Flagellenmotors durch Protein

Bakterien schwimmen nicht nur gezielt in bestimmte Richtungen, sie können dabei auch ihre Geschwindigkeit regulieren. Ihr aus Geißeln bestehender „Motor“ besitzt eine eingebaute Bremse, ein Protein, dass die Bewegung dämpft. Diese jetzt in der Fachzeitschrift „Cell“ veröffentlichte Erkenntnis könnte auch neue Ansätze für die Behandlung von bakteriellen Infektionen liefern.

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Viele Bakterien bewegen sich schwimmend fort – und das sogar gerichtet. Sie nutzen dafür Eiweißfäden, so genannte Flagellen, die sich wie Propeller drehen. Dafür haben sie Motoren aus Eiweißstoffen in der Bakterienwand. Damit können die Mikroben gezielt dorthin gelangen, wo es viele Nährstoffe gibt. Aber wie sieht es mit ihrer Schwimmgeschwindigkeit aus? Können sie diese ebenfalls gezielt beeinflussen? Das wollte ein Forscherteam der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) um Volkhard Kaever, Professor für Pharmakologie, und den Diplom-Chemiker Christian Spangler gemeinsam mit Schweizer Kollegen herausfinden.

Protein als eingebaute Bremse

Die Analysen der Prozesse und Proteine im „Antriebsmotor“ des Darmbakteriums Escherichia coli ergab, dass diese tatsächlich ihre Schwimmgeschwindigkeit regulieren können. Die Wissenschaftler stellten fest, dass das Protein YcgR nach Bindung des bakteriellen Moleküls c-di-GMP wie eine Bremse funktioniert: Es reagiert mit diesen Motor-Eiweißen und dämpft somit die Bewegung der Flagellen.

Zudem entdeckten die Forscher, dass an der Geschwindigkeitskontrolle mindestens fünf Signalproteine beteiligt sind, die die zelluläre Konzentration von c-di-GMP fein justieren. „Die verminderte Motoraktivität könnte eine Art Energiesparmodus darstellen. Die Bakterien regulieren ihre Schwimmgeschwindigkeit, wenn ihre Umgebung sich wandelt – etwa bei verändertem Nahrungsangebot“, erläutert Kaever.

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Ansätze zur Behandlung von Infektionen

„Die Regulation des Flagellenmotors ist für die Bewegungsfähigkeit der Bakterien und somit auch für das Voranschreiten von Infektionen von entscheidender Bedeutung. Deswegen ergeben sich aus diesen Erkenntnissen weit reichende neue pharmakologische Ansatzpunkte zur Behandlung bakterieller Infektionen“, ergänzt Roland Seifert, Direktor des MHH-Instituts für Pharmakologie. Der für den Erfolg des interdisziplinären Projektes entscheidende Beitrag seines Institutes bestehe darin, erstmalig quantitativ das dabei beteiligte, niedermolekulare Signalmolekül c-di-GMP mittels hoch sensitiver Massenspektrometrie nachgewiesen zu haben.

(Medizinische Hochschule Hannover, 08.04.2010 – NPO)

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