Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bakterien setzen auf klassisches Geschäftsmodell

21.12.2018

Bei der Besiedlung seines Wirtes fährt der Erreger der Lungenentzündung Pseudomonas aeruginosa eine doppelspurige Strategie. Er bildet zwei verschiedene Zellen – bewegliche Schwärmer und virulente Siedler. Forscher am Biozentrum der Universität Basel haben nun aufgeklärt, wie der Keim sich innert Sekunden an Gewebe festsetzen und sich gleichzeitig verbreiten kann. Ganz nach dem Geschäftsmodell: Niederlassen – Wachsen – Expandieren. Die Studie ist in «Cell Host & Microbe» erschienen.

Das Bakterium Pseudomonas aeruginosa gehört zu den häufigsten Krankenhauskeimen und kann bei Patienten zu schweren Infektionen führen, wie zum Beispiel Wundinfektionen oder Lungen- und Hirnhautentzündungen.


Epithelzellen in der Lunge (blau) werden von Pseudomonas aeruginosa angegriffen und besiedelt (gelb: Siedler; rot: Schwärmer).

Bild: Universität Basel, Biozentrum

Im ersten Schritt der Infektion ist es für den Erreger wichtig, sich so schnell wie möglich am Gewebe festzuheften und sich zugleich auszubreiten.

Später müssen die Bakterien ihr Strategie ändern, damit es ihnen gelingt, sich dauerhaft im Wirt niederzulassen und sich vor dessen Immunabwehr zu verstecken, zum Beispiel in einem schützenden Biofilm.

Aus Schwärmern werden Siedler

Der Schlüssel zum Erfolg ist die perfektionierte Besiedelungsstrategie von P. aeruginosa. «Bei jeder Zellteilung bildet der Erreger zwei unterschiedliche Typen von Zellen, die virulenten Siedler und die beweglichen Schwärmer», erklärt Prof. Urs Jenal, Forschungsgruppenleiter am Biozentrum der Universität Basel.

«Damit sich der Keim zugleich optimal einnisten und rasch ausbreiten kann, ist die Balance zwischen den beiden Zelltypen entscheidend.»

Im Anfangsstadium einer Infektion schwimmt die Schwärmerzelle mithilfe eines rotierenden Propellers, auch Flagellum genannt, in Richtung Gewebe. Dieses Flagellum, so haben die Forscher nun herausgefunden, dient auch als Sensor.

«Sobald das Flagellum eine Oberfläche berührt, werden viele kurze und klebrige Zellfortsätze gebildet, die das Bakterium fest darauf verankern», so Jenal. «Uns hat überrascht, wie schnell das geht. Innerhalb von Sekunden ändern die Schwärmer ihr Programm und setzen sich auf der Oberfläche fest.»

Der mechanische Reiz der Berührung löst die Produktion des bakteriellen Signalmoleküls c-di-GMP aus, welches schliesslich die Bildung der Zellfortsätze initiiert.

Aus Siedlern werden Schwärmer

Darüber hinaus konnten die Forscher zeigen, dass bei der Teilung einer haftenden Bakterienzelle zwei verschiedene Nachkommen entstehen: Eine Tochterzelle bleibt Siedler, die das Gewebe schädigen kann, die andere wird zum Schwärmer und verbreitet sich. Diesen Vorgang nennt man auch asymmetrische Zellteilung.

«Der Grund dafür ist die ungleiche Verteilung von c-di-GMP in der sich teilenden Mutterzelle», erklärt Erstautor Benoît Laventie. «Während die Zelle mit viel c-di-GMP haften bleibt, verlässt die andere mit wenig c-di-GMP den Ort, um sich an anderer Stelle niederzulassen.» P. aeruginosa setzt damit auf das einfache Geschäftsmodell: erst niederlassen, dann wachsen und schliesslich expandieren.

Kluge Taktik: Erobern und Verstecken

Den Bakterien steht aber nur ein begrenztes Zeitfenster zur Verfügung. Nach einigen asymmetrischen Zyklen vermehren sich die Bakterien nur noch symmetrisch und produzieren ausschliesslich haftende, virulente Nachkommen.

Dadurch vergrössert sich die Population an den lokalen Siedlungsherden exponentiell. Der Keim ändert seine Strategie und setzt von nun an darauf sich im Wirt langfristig einzurichten und sich vor dessen Abwehrsystem in Sicherheit zu bringen.

Diese Siedlungsstrategie, so vermuten die Forscher um Jenal, ist von genereller Natur und findet sich wahrscheinlich bei einer Vielzahl von Bakterien, die unterschiedlichste Oberflächen wie Steine, Duschen, Kaffeetassen oder eben unsere Organe besiedeln.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Urs Jenal, Universität Basel, Biozentrum, Tel. +41 61 207 21 35, E-Mail: urs.jenal@unibas.ch

Dr. Katrin Bühler, Universität Basel, Kommunikation Biozentrum, Tel. +41 61 207 09 74, E-Mail: katrin.buehler@unibas.ch

Originalpublikation:

Benoît-Joseph Laventie, Matteo Sangermani, Fabienne Estermann, Pablo Manfredi, Rémi Planes, Isabelle Hug, Tina Jaeger, Etienne Meunier, Petr Broz, Urs Jenal
A Surface-Induced Asymmetric Program Promotes Tissue Colonization by Pseudomonas aeruginosa
Cell Host & Microbe (2018), doi: 10.1016/j.chom.2018.11.008

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht CeMM Studie gibt Einblick in die Funktionsweise eines wichtigen Genregulators
02.06.2020 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

nachricht Neue Therapien im Kampf gegen Krebs: Jagd auf lebensbedrohliche Metastasen
02.06.2020 | Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM

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: Neue Messung verschärft altes Problem

Seit Jahrzehnten rätseln Astrophysiker über zwei markante Röntgen-Emissionslinien von hochgeladenem Eisen: ihr gemessenes Helligkeitsverhältnis stimmt nicht mit dem berechneten überein. Das beeinträchtigt die Bestimmung der Temperatur und Dichte von Plasmen. Neue sorgfältige, hoch-präzise Messungen und Berechnungen mit modernsten Methoden schließen nun alle bisher vorgeschlagenen Erklärungen für diese Diskrepanz aus und verschärfen damit das Problem.

Heiße astrophysikalische Plasmen erfüllen den intergalaktischen Raum und leuchten hell in Sternatmosphären, aktiven Galaxienkernen und Supernova-Überresten....

Im Focus: New measurement exacerbates old problem

Two prominent X-ray emission lines of highly charged iron have puzzled astrophysicists for decades: their measured and calculated brightness ratios always disagree. This hinders good determinations of plasma temperatures and densities. New, careful high-precision measurements, together with top-level calculations now exclude all hitherto proposed explanations for this discrepancy, and thus deepen the problem.

Hot astrophysical plasmas fill the intergalactic space, and brightly shine in stellar coronae, active galactic nuclei, and supernova remnants. They contain...

Im Focus: Neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren auf Basis innovativer DNA-Polymerasen entwickelt

Eine Forschungskooperation der Universität Konstanz unter Federführung von Professor Dr. Christof Hauck (Fachbereich Biologie) mit Beteiligung des Klinikum Konstanz, eines Konstanzer Diagnostiklabors und des Konstanzer Unternehmens myPOLS Biotec, einer Ausgründung aus der Arbeitsgruppe für Organische Chemie / Zelluläre Chemie der Universität Konstanz, hat ein neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren entwickelt. Dieser Test ermöglicht es, Ergebnisse in der Hälfte der Zeit zu ermitteln – im Vergleich zur klassischen Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR).

Die frühe Identifikation von Patienten, die mit dem neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) infiziert sind, ist zentrale Voraussetzung bei der globalen Bewältigung...

Im Focus: Textilherstellung für Weltraumantennen startet in die Industrialisierungsphase

Im Rahmen des EU-Projekts LEA (Large European Antenna) hat das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Textile Faserkeramiken TFK in Münchberg gemeinsam mit den Unternehmen HPS GmbH und Iprotex GmbH & Co. KG ein reflektierendes Metallnetz für Weltraumantennen entwickelt, das ab August 2020 in die Produktion gehen wird.

Beim Stichwort Raumfahrt werden zunächst Assoziationen zu Forschungen auf Mond und Mars sowie zur Beobachtung ferner Galaxien geweckt. Für unseren Alltag sind...

Im Focus: Biotechnologie: Enzym setzt durch Licht neuartige Reaktion in Gang

In lebenden Zellen treiben Enzyme biochemische Stoffwechselprozesse an. Auch in der Biotechnologie sind sie als Katalysatoren gefragt, um zum Beispiel chemische Produkte wie Arzneimittel herzustellen. Forscher haben nun ein Enzym identifiziert, das durch die Beleuchtung mit blauem Licht katalytisch aktiv wird und eine Reaktion in Gang setzt, die in der Enzymatik bisher unbekannt war. Die Studie ist in „Nature Communications“ erschienen.

Enzyme – in jeder lebenden Zelle sind sie die zentralen Antreiber für biochemische Stoffwechselprozesse und machen dort Reaktionen möglich. Genau diese...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gebäudewärme mit "grünem" Wasserstoff oder "grünem" Strom?

26.05.2020 | Veranstaltungen

Dresden Nexus Conference 2020 - Gleicher Termin, virtuelles Format, Anmeldung geöffnet

19.05.2020 | Veranstaltungen

Urban Transport Conference 2020 in digitaler Form

18.05.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Messung verschärft altes Problem

02.06.2020 | Physik Astronomie

CeMM Studie gibt Einblick in die Funktionsweise eines wichtigen Genregulators

02.06.2020 | Biowissenschaften Chemie

Neue Therapien im Kampf gegen Krebs: Jagd auf lebensbedrohliche Metastasen

02.06.2020 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics