Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Invasion mit Wasserstoffantrieb

12.12.2013
Während der Mensch erst langsam anfängt, Wasserstoff als Energiequelle zu nutzen, hat die Natur das Konzept schon längst umgesetzt. Forschende der ETH Zürich haben entdeckt, dass die als Durchfallbakterien gefürchteten Salmonellen Wasserstoff als Energiequelle verwenden, um den Darm zu besiedeln.

Im gesunden Darm tummeln sich Milliarden von Darmbakterien, welche die Verdauung unterstützen und den Darm gesund halten. Eine Vielzahl verschiedener Mikroorganismen, die Mikrobiota, besiedelt den Darm so dicht, dass Krankheitserreger in der Regel keine Chance haben, sich dort zu vermehren.

Manche Erreger wie das Durchfallbakterium Salmonella Typhimurium schaffen es aber trotzdem, in dieses dicht besiedelte Ökosystem einzudringen. Der Antwort auf die Frage, wie Salmonella dies schafft, sind Forschende der ETH Zürich einen Schritt näher gekommen. Sie haben entdeckt, woher der Erreger die Energie für seinen Vorstoss nimmt.

Wolf-Dietrich Hardt, ETH-Professor für Mikrobiologie, und seine Doktorandin Lisa Maier untersuchten, welche Faktoren in der frühen Phase des Salmonella-Befalls eine Rolle spielen. Während der Invasion des Darmökosystems setzt Salmonella Typhimurium ein Enzym ein, mit dessen Hilfe es sich gegen die Mikrobiota durchzusetzen vermag: die sogenannte Hydrogenase, welche Wasserstoff zur Energiegewinnung verstoffwechselt. «Man wusste zwar, dass Salmonella Typhimurium neben vielen anderen Energiequellen auch Wasserstoff nutzen kann. Es war aber bisher nicht klar, von welcher Energiequelle es während dieser frühen Phase der Darmbesiedelung profitiert», erklärt Maier.

Diebische Wasserstoffwirtschaft

Wasserstoff entsteht im Darm als Zwischenprodukt des normalen Stoffwechsels der Mikrobiota. «Salmonella betreibt also eine diebische Wasserstoffwirtschaft, indem es sich Energie von den Mikrobiota holt, um sich gegen eben diese durchzusetzen», sagt Hardt. Weil der Mikrobiota-Stoffwechsel bei den meisten Tieren ähnlich funktioniere, finde der Erreger in jedem neuen tierischen Wirt die nötige Energiequelle für seinen ersten Vorstoss.

Ist es Salmonella Typhimurium erst einmal gelungen sich im Darm zu vermehren, dringt das Bakterium in das Darmgewebe ein und verursacht Entzündung und Durchfall. In einigen Fällen gelangt Salmonella Typhimurium sogar in den Blutkreislauf und innere Organe. Tierversuche haben gezeigt, dass der Energieschub aus Wasserstoff hierbei keine essenzielle Rolle spielt. «Ausserhalb des Darmlumens muss sich Salmonella Typhimurium aber auch nicht in einer dichten Gemeinschaft von Mikroorganismen Platz verschaffen», gibt Maier zu bedenken.

Achillesverse der Darmflora

Das Enzym Hydrogenase kommt auch in einigen anderen Bakterien vor, wie zum Beispiel bei Escherichia coli und Helicobacter pylori, welches für Magengeschwüre verantwortlich ist. Die Forschenden vermuten daher, dass auch andere Krankheitserreger den von der Darmflora produzierten Wasserstoff als Energiequelle nutzen. Somit wird das eigene Stoffwechselprodukt der Mikrobiota zu einer Schwachstelle im Bollwerk gegen eine ganze Reihe von Krankheitskeimen.

«Die Darmflora sollte eigentlich vor Infektionen schützen, aber hier haben wir erstmals einen Fall, bei dem wir sehen, dass sie als unfreiwilliger Energielieferant Infektionen sogar fördert», sagt Hardt. Das Wechselspiel zwischen Mikrobiota und Krankheitserregern sei somit komplexer als ursprünglich angenommen.

LITERATURHINWEIS:
Maier L, Vyas R, Cordova CD, Lindsay H, Schmidt TSB, Brugiroux S, Periaswamy B, Bauer R, Sturm A, Schreiber F, von Mering C, Robinson MD, Stecher B, Hardt WD: Microbiota-Derived Hydrogen Fuels Salmonella Typhimurium Invasion oft he Gut Exosystem. Cell Host & Microbe, December 11, 2013. DOI: 10.1016/j.chom.2013.11.002

Angelika Jacobs | ETH Zürich
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

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: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie