Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bakterien mit Vuvuzela

21.03.2013
Kanalprotein dient Mikroben als Spritze für Giftstoffe

Das Bakterium Photorhabdus luminescens ist ein unverzichtbarer Begleiter mancher Fadenwürmer. Diese Würmer befallen Insektenlarven und infizieren sie dabei mit den Bakterien. Die Erreger attackieren die Zellen ihrer Opfer mit einem tödlichen Cocktail aus verschiedenen Giftstoffen.


Der Toxin-Komplex besteht aus drei Komponenten: TcA (gelb), TcB und TcC (orange). Der Komplex bindet an einen Rezeptor in der Membran einer Wirtszelle und wird durch Endozytose aufgenommen (links). Eine Änderung des pH-Werts verändert den dreidimensionalen Aufbau: Der zentrale Kanal schiebt sich wie die Kanüle einer Spritze durch die Zellmembran (Mitte). TcB und TcC können so in das Zellinnere gelangen. Dabei wird TcC entpackt und verliert seine ursprüngliche Struktur.
© MPI f. molekulare Physiologie/Raunser


Molekulare Vuvuzela: Der zentrale Kanal des TcA-Proteins (hellgrün) ist wie das südafrikanische Musikinstrument geformt (dunkelgrün: äußere Hülle, schwarz: Zellmembran der Wirtszelle).
© MPI f. molekulare Physiologie/Raunser

Wissenschaftler am Max-Planck Institut für molekulare Physiologie in Dortmund haben zusammen mit Kollegen der Universität Freiburg und der Jacobs Universität Bremen herausgefunden, dass ein wichtiger Giftstoff-Komplex der Bakterien wie eine Spritze funktioniert. Er gelangt in von der Zellmembran abgeschnürten Vesikeln in die Wirtszellen und verändert dort seine Struktur. Durch einen Vuvuzela-ähnlichen Proteinkanal dringt dann ein Teil des Giftstoff-Komplexes durch die Membran des Zellbläschens ins Zellinnere ein und tötet die Zelle.

Wichtige Giftstoffe von Photorhabdus luminescens gehören zu den ABC-Toxinen, die aus den drei Proteinkomponenten TcA, TcB und TcC bestehen. Der Toxin-Komplex dockt zunächst an Rezeptormoleküle auf der Membran der Wirtszellen an und wird in kleinen Membranbläschen, sogenannten Vesikeln, ins Innere der Zelle geschleust. Von dort gelangt die TcC-Komponente in die Zellflüssigkeit und zerstört das Proteinskelett der Zelle. Unklar war bislang jedoch, wie das Protein durch die Vesikelmembran hindurch schlüpfen kann.

Die Wissenschaftler konnten nun erstmals mittels Kryo-Elektronenmikroskopie und Einzelpartikelanalyse die Struktur der ABC-Toxine von Photorhabdus luminescens entschlüsseln. Demnach besteht das TcA-Protein des Bakteriums aus fünf Untereinheiten, die zusammen die Form einer Glocke besitzen. „Im Inneren der Glocke bilden die Untereinheiten einen Kanal. Er hat einen breiten und einem schmalen Durchlass und sieht deshalb aus wie das berühmt-berüchtigte Musikinstrument südafrikanischer Fußballfans“, erklärt Stefan Raunser vom Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie.

Sobald der pH-Wert in der Umgebung sinkt oder steigt – beispielsweise, wenn die Flüssigkeit in den Vesikeln angesäuert wird – öffnet sich die äußere Hülle des Toxins und gibt den zentralen Kanal frei. „Der Kanal wird nun wie die Kanüle einer Spritze durch die Zellmembran geschoben“, sagt Raunser. TcB und TcC werden in den Bereich zwischen Kanal und Hülle gezogen. Dort wird TcC entpackt und verliert seine ursprüngliche Struktur. „Möglicherweise sind ein Spannungsgefälle oder spezielle Entpackungsproteine wie zum Beispiel TcB notwendig, damit TcC aus dem Vesikel ins Innere der Zelle gelangt und dort seine tödliche Wirkung entfalten kann.“

Die Ergebnisse zeigen, dass das TcA der Fadenwurm-Bakterien eine ähnliche Form besitzt wie Toxine des Pest-Erregers oder anderer Bakterien. „Mit diesen Ergebnissen können wir also möglicherweise auch die Wirkungsweise von Bakterien verstehen, die Krankheiten beim Menschen hervorrufen“, sagt Raunser. Außerdem könnten die Erkenntnisse helfen, schädlingsresistente Nutzpflanzen zu entwickeln.

Neben den ABC-Toxinen haben die Erreger der Pest zusätzlich ein anderes Transportsystem entwickelt, das auch bei den Erregern der Bakterienruhr und Typhus vorkommt. Dieses als Typ-III-Sekretionssystem bezeichnete Sekretionssystem sieht zwar ebenfalls aus wie eine Spritze, allerdings ist der Spritzenkörper in die Bakterienmembran eingebettet und die Spritzennadel weist nach außen. Mit Hilfe dieser Nano-Spritzen können die Bakterien Stoffe direkt in die Wirtszelle injizieren.

Ansprechpartner

Dr. Stefan Raunser,
Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie, Dortmund
Telefon: +49 231 133-2356
E-Mail: stefan.raunser@­mpi-dortmund.mpg.de
Dr. Peter Herter,
Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie, Dortmund
Telefon: +49 231 133-2500
Fax: +49 231 133-2599
E-Mail: peter.herter@­mpi-dortmund.mpg.de

Originalpublikation
Christos Gatsogiannis, Alexander E Lang, Dominic Meusch, Vanda Pfaumann, Oliver Hofnagel, Roland Benz, Klaus Aktories, Stefan Raunser
Photorhabdus luminescens toxins use a novel syringe-like injection mechanism for cell entry

Nature, 20.März 2013, DOI: 10.1038/nature11987

Dr. Stefan Raunser | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/7027982/bakterien-spritze

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen
09.12.2016 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Wolkenbildung: Wie Feldspat als Gefrierkeim wirkt
09.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie