Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bakterielle Nano-Harpune funktioniert wie Power-Bohrer

26.09.2017

Um sich unliebsamer Konkurrenten zu entledigen, bedienen sich einige Bakterien einer ausgeklügelten Waffe – der Nanoharpune. Forscher vom Biozentrum der Universität Basel haben nun ganz neue Einblicke in deren Bau, die Funktionsweise sowie das Recycling gewonnen. Wie sie im Fachblatt «Nature Microbiology» berichten, bohrt sich die Nanoharpune in wenigen Tausendstelsekunden in die Zellwand der Nachbarzelle und injiziert dort einen Giftcocktail.

Dicht an dicht drängeln sich Millionen winziger Mikroben auf Blättern, Steinen oder unserer Haut. Und beinahe überall müssen sie um Ressourcen und Nährstoffe wetteifern. Im Laufe der Evolution haben daher einige Bakterien eine Waffe entwickelt, mit der sie ihren Konkurrenten und Gegnern in der Umgebung einen Giftcocktail injizieren und sie so ausschalten. In der Fachwelt wird dieser einer Harpune ähnelnden Waffe auch als Typ 6 Sekretionssystem (T6SS) bezeichnet.


Struktur der bakteriellen Nano-Harpune – dem sogenannten Typ VI Sekretionssystem – während der Kontraktion.

Universität Basel, Biozentrum

Bereits vor zwei Jahren gelang es Prof. Marek Basler den atomaren Aufbau der Nanoharpune im «abgefeuerten» Zustand aufzuklären. In der aktuellen Studie, die in Zusammenarbeit mit verschiedenen Forschungsgruppen und Technologieplattformen am Biozentrum entstand, legte das Team nun erstmals die Struktur der Nanoharpune im «abschussbereiten» Zustand offen. Anhand dieser Erkenntnisse konnten die Forscher nun zeigen, wie die T6SS-Harpune im Detail funktioniert.

Struktur der Nanoharpune verändert sich beim Abfeuern

Die Harpune ist aus verschiedenen Bauteilen aufgebaut, dazu gehören eine äussere Hülle und ein Speer mit einer scharfen Spitze. Die Hülle selbst besteht aus über 200 zahnradartigen Proteinringen, die sich um den starren Speer herumwinden. Beim Abfeuern des T6SS zieht sich die Hülle zusammen und stösst dabei den Giftspeer aus der Zelle heraus. Dieser dringt in die benachbarten Zellen ein und setzt dort tödliche Toxine frei.

«Bis jetzt gab es nur Vermutungen darüber, wie sich die Struktur der T6SS-Hülle bei der Kontraktion verändert», sagt Basler. «Mithilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie, die am C-CINA durchgeführt wurde, erhielten wir nun erstmals von der gedehnten Hüllstruktur ein Bild in atomarer Auflösung.»

Durch den Vergleich der Strukturen im gedehnten und kontrahierten Zustand konnten die Forscher am Rechner modellieren, wie das T6SS genau funktioniert. «Beim Zusammenziehen der Hülle, verdreht sich Ring für Ring. Dadurch wird der Abstand zum vorherigen Ring kleiner, der Durchmesser nimmt zu und der Speer wird freigelegt», erklärt Basler.

«Die Kombination aus Schrumpfen und Drehen führt dazu, dass der Speer ein Loch in die Zielzelle bohrt. Innerhalb von weniger als zwei Millisekunden zieht sich die T6SS-Hülle auf die Hälfte ihrer Länge zusammen und schraubt gleichzeitig den Giftspeer heraus. Die Bakterien verfügen demnach über einen extrem leistungsfähigen Bohrer.»

Nur kontrahierte T6SS-Hülle wird demontiert

Darüber hinaus beschäftigte die Forscher eine weitere Frage. Einige Bakterien verwenden nach dem Abfeuern der Harpune einzelne Bauteile der Hülle für den Bau einer neuen Harpune. «Uns war lange Zeit nicht klar, warum nur die kontrahierte, nicht aber die gedehnte Hüllstruktur demontiert wird», sagt Basler. «Jetzt konnten wir sehen, dass aus der Oberfläche der kontrahierten Hülle ein Proteinabschnitt herausragt, der von einem Protein erkannt wird, der dieses Bauteil in seine Einzelteile zerlegt. Im gedehnten Zustand der Nanoharpune ist dieser Abschnitt jedoch versteckt und die T6SS-Hülle so vor der Demontage geschützt.»

Auch zukünftig soll die Nano-Harpune der Bakterien weiter Gegenstand der Forschung sein. «Eines unserer Projekte widmet sich der Frage, wie das T6SS in der Bakterienhülle befestigt ist. Wenn die Harpune mit so einer Wucht abgefeuert wird, dann muss diese sehr fest verankert sein, ansonsten würde die Waffe nicht einwandfrei funktionieren oder deren Abschuss könnte für den Waffenträger selbst tödlich enden.»

Originalbeitrag

Jing Wang, Maximilian Brackmann, Daniel Castaño-Díez, Mikhail Kudryashev, Kenneth N. Goldie, Timm Maier, Henning Stahlberg and Marek Basler
Cryo-EM structure of the extended type VI secretion system sheath-tube complex
Nature Microbiology (2017), doi: 10.1038/s41564-017-0020-7

Video: Prof. Marek Basler, Bacterial nanosized speargun

https://www.youtube.com/watch?v=wrGOU76fg40


Weitere Auskünfte

Prof. Dr. Marek Basler, Universität Basel, Biozentrum, Tel. +41 61 207 21 10, E-Mail: Mail: marek.basler@unibas.ch
Dr. Katrin Bühler, Universität Basel, Kommunikation Biozentrum, Tel. +41 61 207 09 74, E-Mail: katrin.buehler@unibas.ch

Dr. Katrin Bühler | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

Weitere Berichte zu: Bakterien Harpune Sekretionssystem Zielzelle tödliche Toxine

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise