Wie Kariesbakterien kommunizieren

Bakterien verfügen über eine eigene Sprache: Sie kommunizieren, indem sie chemische Substanzen, so genannte Signalmoleküle, ausschütten. Damit können sie sich sogar über Artgrenzen hinweg verständigen.

Das „Esperanto“ unter den Signalmolekülen trägt den Namen „Autoinducer-2“, kurz AI-2. Dieses gemeinsame Sprachmolekül ist vor allem dann wichtig, wenn sich bakterielle Gemeinschaften, die Biofilme, entwickeln: Ein Beispiel ist der Zahnplaque, den das Kariesbakterium Streptococcus mutans bildet. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) haben nun ermittelt, welche Gene im Bakterium durch das Signalmolekül AI-2 beeinflusst werden.

„Wir haben mit Bakterien gearbeitet, denen das entscheidende Gen für die Produktion von AI-2 fehlt. Sie sind nicht mehr in der Lage, das Signalmolekül selbst zu bilden. Diesen Mutanten haben wir dann chemisch synthetisiertes AI-2 zugegeben.“, erklärt Prof. Irene Wagner-Döbler, Leiterin der Arbeitsgruppe „Mikrobielle Kommunikation“ am HZI. Erst seit kurzem ist es möglich, das wertvolle Kommunikationsmolekül im Labor herzustellen.

Diese Arbeiten wurden von Prof. Stefan Schulz, Chemiker an der TU Braunschweig durchgeführt. „Wenn wir nun die Aktivität aller Gene des Bakteriums mit einem Microarray messen, können wir erkennen, welche Gene in der Mutante direkt von AI-2 an- oder abgeschaltet werden.“, verdeutlicht Dr. Helena Sztajer, wissenschaftliche Mitarbeiterin der Arbeitsgruppe, das Vorgehen.

„Wir haben 59 Gene gefunden, die durch Zugabe von AI-2 wieder in ihren aktiven Zustand zurückversetzt wurden.“ so Wagner-Döbler. Hier handelt es sich um die Schaltstellen für die Kommunikation durch AI-2. Die Forscher haben es vor allem mit zwei Klassen von Genen zu tun: Erstens mit Regulatoren, die für das An- und Abschalten von Genen zuständig sind, und zweitens mit Transportproteinen, die AI-2 durch die Zellmembran aufnehmen. Die detaillierte Analyse dieser Proteine wird zeigen, was AI-2 der Bakterienzelle sagt, und wie.

Für die Präsentation dieser Ergebnisse auf dem Kongress der Amerikanischen Gesellschaft für Mikrobiologie hat Dr. Helena Szatjer die Auszeichnung „outstanding postdoctoral presentation“ erhalten. „Eine tolle Anerkennung für uns alle!“ freut sich Helena Sztajer. Und eine große Motivation, um die molekularen Mechanismen der AI-2 regulierten Proteine nun im Einzelnen aufzuklären.

Originalartikel:
Autoinducer-2 regulated genes in Streptococcus mutans UA159 and global metabolic effect of the luxS mutation Helena Sztajer, André Lemme, Ramiro Vilchez, Stefan Schulz, Robert Geffers, Cindy Yip, Celine M. Levesque, Dennis G. Cvitkovitch and Irene Wagner-Döbler, Journal of Bacteriology

http://jb.asm.org/cgi/content/full/190/1/401?view=long&pmid=17981981

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