Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Protonengradient treibt Salmonelleninfektion voran

14.11.2014

Neue Erkenntnisse über Funktionsweise der Typ-III-Sekretionssystems von Salmonellen

Salmonellen gehören zu den häufigsten Erregern von bakteriellen Magen-Darm-Entzündungen. Um den Menschen zu infizieren, setzen die Bakterien auf eine ausgeklügelte Strategie: Sie nähern sich der Wirtszelle, docken an und injizieren dann Signalstoffe, die es ihnen ermöglichen, in die Zelle einzudringen.


©HZI / Marc Erhardt

Aufnahme von Salmonellen mit gefärbten Flagellen.

Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig konnten nun zeigen, wodurch die Freisetzung dieser Signalstoffe und damit bei der Infektion ermöglicht wird. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der Fachzeitschrift „PLOS Genetics“.

Verunreinigte Eier, Süßspeisen und rohe Geflügelprodukte zählen zu den häufigsten Auslösern von Salmonelleninfektionen. Sie verursachen schwere Darmentzündungen, die vor allem bei Kleinkindern und älteren Menschen sogar tödliche Folgen haben können.

Die Bakterien gelangen mit der Nahrung in den Körper und bewegen sich dort aktiv mit einer rotierenden Geißel – auch Flagellum genannt – zu den Darmzellen hin. Dort angekommen, nutzen die Salmonellen den sogenannte Nadelkomplex, um den Wirt zu infizieren:

Sie docken an die Zelle an und spritzen mit einer molekularen Nadel Giftstoffe hinein. Diese ermöglichen es den Bakterien, die Wirtszelle zu infizieren in ihrem Inneren zu überleben und sich zu vermehren.

Für die Injektion der Giftstoffe durch den Nadelkomplexes, als auch für den Aufbau des Flagellums (oder der Geißel) ist ein sogenanntes Typ-III-Sekretionssystem von entscheidender Bedeutung. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass für die Funktion des Typ-III-Sekretionssystems die an der Basis des Nadelkomplexes und Flagellums gebundene ATPase essentiell sei. ATPasen sind Enzyme, die eine chemische Reaktion begünstigen, bei der Energie freigesetzt wird.

Diese kann dann genutzt werden, um andere Reaktionen - wie hier die Freisetzung der Giftstoffe – anzutreiben. „Wir konnten jetzt erstmals zeigen, dass das System auch funktioniert, wenn die ATPase nicht vorhanden ist“, sagt Dr. Marc Erhardt, Leiter der Nachwuchsgruppe „Infektionsbiologie von Salmonellen“ am HZI. „Wirklich notwendig scheint nur der Protonengradient zu sein, der ATPase kommt lediglich eine unterstützende Rolle zu“. Das Enzym steigert also die Effizienz des Systems, ist aber nicht unabdingbar für dessen Funktion.

Diese Erkenntnis hilft den Forschern zunächst einmal dabei, die molekularen Mechanismen des Sekretionssystem besser zu verstehen. Das ist vor allem wichtig, da neben Salmonellen auch noch eine Vielzahl anderer gram-negativer Bakterien das Typ-III-Sekretionssystems nutzt um Wirtszellen zu infizieren. Ein molekulares Verständnis des Infektionsprozesses ermöglicht es den Wissenschaftlern, diesen zukünftig gezielt zu manipulieren. „Damit stellt er ein guter Ansatzpunkt für neuartige Therapien gegenüber gram-negativen Bakterien dar“, sagt Erhardt.

Doch nicht nur aus medizinischer, auch aus evolutionärer Sicht ist die Entdeckung interessant. Schließlich dient das bakterielle Flagellum der “Intelligent Design”-Bewegung oft als Beispiel dafür, dass sich etwas so komplexes nicht durch Evolution entwickelt haben kann.

Die nun gewonnenen Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass sich die ATPase zu einem urtümlichen, Protonen-getriebenen Typ-III-Sekretionssystem hinzugefügt hat, um den Sekretionsprozess effizienter zu gestalten. Dies verschaffte den Bakterien einen Selektionsvorteil. „Das beweist, dass auch eine so komplexe Nanomaschine wie das Flagellums sich in weniger komplexe, aber dennoch funktionelle Untereinheiten aufbrechen lässt und widerspricht demnach den Ansichten der “Intelligent Design”-Bewegung“, sagt Erhardt.

Originalpublikation:
ATPase-independent type-III protein secretion in Salmonella enteric, Marc Erhardt, Max E. Mertens, Florian D. Fabiani, and Kelly T. Hughes, Plos Genetics, 2014. DOI: pgen.1004800

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

Die Nachwuchsforschergruppe „Infektionsbiologie von Salmonellen“ erforscht am HZI die Angriffstaktik der Bakterien – um daraus neue Strategien gegen bakterielle Infektionen zu entwickeln.


Weitere Informationen:

http://www.helmholtz-hzi.de/de/aktuelles/news/ansicht/article/complete/protonengradient_treibt_salmonelleninfektion_voran/  - Diese Meldung auf helmholtz-hzi.de
http://dx.doi.org/pgen.1004800  - Link zur Originalpublikation

Dr. Jan Grabowski | Helmholtz-Zentrum

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mikro-U-Boote für den Magen
24.01.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Echoortung - Lernen, den Raum zu hören
24.01.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

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: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie