Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Achillesferse von Bakterien entdeckt

04.08.2017

HZI-Forscher identifizieren bei Salmonellen ein Protein, das beim Bau des Bewegungsapparates hilft – möglicher Ansatzpunkt für neuartige Medikamente

Salmonellen sind besonders widerstandsfähig gegen Antibiotika, denn sie besitzen gleich zwei Membranen, die sie vor äußeren Einflüssen schützen. Damit gehören sie zu den im Fachjargon als gramnegativ bezeichneten Bakterien. Da Infektionen mit diesen Erregern immer schwerer mit Antibiotika zu behandeln sind, suchen Wissenschaftler nach alternativen Wirkstoffen.


Salmonellen nutzen wie viele andere Bakterien lange Filamente - sogenannte Flagellen - zur gezielten Bewegung.

HZI/Manfred Rohde

Ein Ansatzpunkt dafür sind die bakteriellen Antriebe: Viele gramnegative Bakterien bilden lange Filamente aus – sogenannte Flagellen, die sie in Rotation versetzen und sich damit gezielt fortbewegen. Ohne intakte Flagellen könnten die Bakterien keine Nahrungsquellen ansteuern und könnten auch nicht in fremde Zellen eindringen – sie wären nicht mehr infektiös.

Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig haben gemeinsam mit Partnern herausgefunden, dass ein bestimmtes Protein die ersten Schritte des Flagellenaufbaus organisiert. War dieses Protein ausgeschaltet, konnten die Bakterien keine Flagellen mehr bilden. So wären sie auch in ihrer Fähigkeit, einen Wirt zu infizieren, stark eingeschränkt. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler im Fachjournal PLOS Biology.

Auf der Suche nach Nahrung oder einem geeigneten Wirt bilden viele Bakterien Flagellen – das sind lange Filamente aus tausenden Proteinen, die die Bakterien wie einen Propeller einsetzen, um sich fortzubewegen. Bei der Bildung eines neuen Flagellums lagern sich zunächst verschiedene Bausteine in der Zellmembran zu einer Pore zusammen, aus der das Flagellum wächst.

Diese Pore ist ein Kanal für die Bausteine des Flagellums und zugleich der zentrale Bestandteil eines komplizierten, weit verbreiteten Proteintransportsystems – des sogenannten Typ III-Sekretionssystems. Dieses komplexe Gebilde ähnelt im Aufbau einer anderen Struktur vieler Bakterien: einer molekularen Spritze, mit der krankheitserregende Bakterien während einer Infektion zum Beispiel Giftstoffe in Wirtszellen schießen und sie so zum Absterben bringen. Forscher vermuten, dass sich der Bauplan des Spritzenapparates im Laufe der Evolution aus dem der Flagellen entwickelt hat.

Sowohl Flagellen als auch die molekularen Spritzen sind notwendige Werkzeuge, die Bakterien für eine Infektion benötigen. „Gelänge es, diese Werkzeuge auszuschalten, wären die Bakterien für den Menschen harmlos“, sagt Dr. Marc Erhardt, der am HZI die Nachwuchsgruppe „Infektionsbiologie von Salmonellen“ leitet.

Gemeinsam mit Kooperationspartnern der Universität Osnabrück, des Max-Planck-Instituts für Infektionsbiologie, der Universität Tübingen und des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung hat das Team um Erhardt den Aufbauprozess von Flagellen am Bakterium Salmonella enterica im Detail untersucht. „Viele verschiedene Proteine sind am Aufbau der initialen Pore beteiligt, bislang waren ihre individuellen Rollen aber nicht bekannt“, sagt Erhardt.

Mithilfe von Fluoreszenzfarbstoffen haben die Forscher zunächst sichtbar machen können, wo welches Protein lokalisiert ist. So fiel ihnen auf, dass eines der beteiligten Proteine, abgekürzt mit FliO, gar nicht dauerhaft an der Verankerung der Flagellen sitzt. Es bewegt sich frei in der Zellmembran und wandert nur während der Initiierung einer neuen Pore an die jeweilige Stelle.

Dort bildet es einen Komplex mit dem Protein FliP, welches hauptsächlich die Pore aufbaut. In einem Experiment schalteten die Forscher die genetische Information für FliO in den Salmonellen aus. Das Ergebnis: Die Bakterien konnten keine funktionsfähigen Poren und damit kein Flagellum mehr bilden. „Da das Protein FliO selbst kein Bestandteil der Pore ist, arbeitet es offenbar wie ein Organisator: Es hilft anderen Proteinen, sich korrekt aneinanderzulagern und so die Pore aufzubauen“, sagt Marc Erhardt.

In weiteren Untersuchungen konnten die Forscher zeigen, dass das Protein FliP zwar auch ohne den Organisator FliO Komplexe bildete. Diese waren jedoch ungeordnet, sodass sich keine weiteren Bausteine der Pore anlagern konnten – die Komplexe wurden schließlich wieder entsorgt. Da FliO den einzelnen FliP-Proteinen bei der korrekten Komplexbildung hilft, fungiert es als sogenanntes Chaperon. „Diese Funktion von FliO war bislang nicht bekannt“, sagt Erhardt. Sie eröffne neue Ansatzpunkte für künftige Wirkstoffe, die gleich gegen eine ganze Reihe krankheitserregender Bakterien eingesetzt werden könnten.

„Ein Wirkstoff, der zum Beispiel die Porenbildung verhindert, wäre gleich ein doppelter Erfolg“, sagt Marc Erhardt. „Er würde Bakterien treffen, die Flagellen ausbilden, und auch solche, die molekulare Spritzen einsetzen.“ So sind Salmonellen, Escherichia coli, Yersinien und Pseudomonaden typische gramnegative Krankheitserreger, die ihre Wirte mithilfe eines Spritzenapparates infizieren.

Dagegen besitzen zum Beispiel Bakterien der Gattungen Campylobacter und Helicobacter, die Darm- beziehungsweise Magenerkrankungen hervorrufen, keine molekularen Spritzen. Sie bilden jedoch Flagellen aus und liefern somit ebenfalls einen Angriffspunkt für einen alternativen Wirkstoff. „Ein solcher Wirkstoff hätte gegenüber einem Antibiotikum auch den Vorteil, dass die Erreger am Leben blieben und so nicht dem Druck ausgesetzt wären, Resistenzen gegen die Substanz entwickeln zu müssen“, sagt Erhardt. „Außerdem würden die nützlichen Bakterien im Körper ebenfalls überleben.“

Sie finden die Pressemitteilung und Bildmaterial auch auf unserer Webseite unter dem Link https://www.helmholtz-hzi.de/de/aktuelles/news/ansicht/article/complete/achilles...

Originalpublikation:
Florian D. Fabiani, Thibaud T. Renault, Britta Peters, Tobias Dietsche, Eric J.C. Gálvez, Alina Guse, Karen Freier, Emmanuelle Charpentier, Till Strowig, Mirita Franz-Wachtel, Boris Macek, Samuel Wagner, Michael Hensel, Marc Erhardt: A flagellum-specific chaperone facilitates assembly of the core type III export apparatus of the bacterial flagellum. PLOS Biology, 2017, DOI: 10.1371/journal.pbio.2002267

Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung:
Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) untersuchen Wissenschaftler die Mechanismen von Infektionen und ihrer Abwehr. Was Bakterien oder Viren zu Krankheitserregern macht: Das zu verstehen soll den Schlüssel zur Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe liefern. http://www.helmholtz-hzi.de

Ihre Ansprechpartner:
Susanne Thiele, Pressesprecherin
susanne.thiele@helmholtz-hzi.de
Dr. Andreas Fischer, Wissenschaftsredakteur
andreas.fischer@helmholtz-hzi.de

Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung GmbH
Presse und Kommunikation
Inhoffenstraße 7
D-38124 Braunschweig

Tel.: 0531 6181-1400; -1405

Susanne Thiele | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neurobiologie - Die Chemie der Erinnerung
21.11.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Diabetes: Immunsystem kann Insulin regulieren
21.11.2017 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

Raumfahrtkolloquium: Technologien für die Raumfahrt von morgen

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wasserkühlung für die Erdkruste - Meerwasser dringt deutlich tiefer ein

21.11.2017 | Geowissenschaften

Eine Nano-Uhr mit präzisen Zeigern

21.11.2017 | Physik Astronomie

Zentraler Schalter

21.11.2017 | Biowissenschaften Chemie