Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bayreuther Mikrobiologen entdecken Schlüsselprotein für die Zellteilung magnetischer Bakterien

13.03.2019

Magnetotaktische Bakterien haben die faszinierende Fähigkeit, sich bei ihren Bewegungen am Erdmagnetfeld zu orientieren. Im Fachjournal mBio berichten Forscher der Universität Bayreuth, der LMU München und des Max-Planck-Instituts für Biochemie über neue Erkenntnisse zur „Mikrobe des Jahres 2019“, dem Bakterium Magnetospirillum gryphiswaldense, das hauptsächlich am Grund von Gewässern lebt. Elektronenmikroskopische Aufnahmen belegen, dass die störungsfreie Zellteilung dieser Mikrobe entscheidend von dem Protein PopZ abhängt. Die Studie liefert wertvolle Erkenntnisse zur mikrobiologischen Grundlagenforschung insgesamt, vor allem zur Teilung und inneren Organisation bakterieller Zellen.

Wie die meisten magnetotaktischen Bakterien ist auch Magnetospirillum gryphiswaldense ein Einzeller, der sich durch Zellteilung vermehrt. Bei diesem Prozess kommt es darauf an, dass das genetische Material und auch die teils überlebenswichtigen Organellen der bakteriellen Zelle gleichmäßig auf die beiden neuen Tochterzellen verteilt werden. Nur so ist es möglich, dass sich aus jeder dieser Tochterzellen eine voll funktionsfähige Bakterienzelle entwickelt.


Bakterien der Spezies Magnetospirillum gryphiswaldense, denen das Protein PopZ fehlt. Deshalb sind ihre Zellen anomal verlängert. Im Inneren der Bakterien sind die Magnetosomen sichtbar.

Elektronenmikroskopische Aufnahme: Daniel Pfeiffer, Universität Bayreuth


Wenn es in der Bakterienzelle zu einer Überproduktion des Proteins PopZ kommt, bilden sich lange dünne Fortsätze, die in der elektronenmikrosopischen Aufnahme auffällig hell erscheinen.

Elektronenmikroskopische Aufnahme: Daniel Pfeiffer, Universität Bayreuth

Wie die Wissenschaftler herausgefunden haben, hat das Protein PopZ eine entscheidende Bedeutung für einen fehlerfreien Ablauf der Zellteilung. An den Enden der länglich und schraubenartig geformten Bakterienzellen befinden sich PopZ-Moleküle in hoher Konzentration.

Diese Protein-Cluster fungieren als Andockstation für zahlreiche weitere Proteine, die für die Zellteilung benötigt werden. Wenn Magnetospirillum gryphiswaldense das für die Herstellung von PopZ erforderliche Gen fehlt, ist nicht nur seine Beweglichkeit erheblich eingeschränkt.

Auch die Zellteilung ist gestört, so dass die Tochterzellen nicht gleichmäßig mit dem für einen störungsfreien Zellaufbau nötigen Material ausgestattet sind. Es entstehen sowohl extrem lange Zellen als auch winzige Mini-Zellen.

Wenn hingegen die Bakterienzelle zuviel PopZ herstellt, kommt es ebenfalls zu Anomalien: Es bilden sich dünne Fortsätze, an denen sich das überschüssige Protein ansammelt. Daher erscheinen diese Fortsätze im Elektronenmikroskop wesentlich heller als die restliche Bakterienzelle.

Durch hochaufgelöste Fluoreszenzmikroskopie entdeckten die Wissenschaftler eine weitere Auffälligkeit. Magnetospirillum gryphiswaldense unterscheidet sich von anderen bekannten Bakterien hinsichtlich des Zeitpunkts, zu dem sich Ansammlungen des Protein PopZ herausbilden: Bereits in der Schlussphase der Zellteilung oder sehr kurze Zeit danach entstehen an den neuen Polen der Tochterzellen neue Cluster dieses Proteins.

„Unsere Erkenntnisse sind generell für ein vertieftes Verständnis der intrazellulären Organisation und der Zellteilung in Bakterien von großem Interesse“, erklärt Dr. Daniel Pfeiffer, Ko-Autor der neuen Studie. Prof. Dr. Dirk Schüler, einer der weltweit führenden Experten auf dem Gebiet der magnetotaktischen Bakterien, ergänzt: „Wir wissen zwar schon länger, dass das Protein PopZ in den meisten Magnetbakterien, aber auch in vielen ihrer nicht-magnetischen Verwandten vorkommt.

Aber jetzt ist es erstmals gelungen, die Funktionen dieses Proteins für ein magnetotaktisches Bakterium präzise zu bestimmen. Dabei hat uns die hochaufgelöste Fluoreszenzmikroskopie mit sogenannter ‚strukturierter Beleuchtung‘ wesentlich geholfen. Dies ist eine ganz neue Untersuchungsmethode, für die wir auf dem Bayreuther Campus seit kurzem hervorragend ausgestattet sind.“

Hintergrund:
Seit 2014 ernennt die Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) einen Mikroorganismus zur „Mikrobe des Jahres“. Ausschlaggebend ist dabei die Bedeutung, die der jeweilige Mikroorganismus beispielsweise für die Ökologie, Medizin, Lebensmittelwirtschaft, die Energiegewinnung oder auch generell für die wissenschaftliche Forschung hat. Für 2019 fiel die Wahl auf Magnetospirillum gryphiswaldense. Diese Mikrobe wurde in den 1980er Jahren von Dirk Schüler als Student entdeckt und aus dem Schlamm eines Flusses isoliert. Heute ist sie ein wichtiges Untersuchungsobjekt an dem von Schüler geleiteten Lehrstuhl für Mikrobiologie der Universität Bayreuth. Hier und in vielen anderen Labors weltweit dient sie als Modellorganismus für die zellbiologische Erforschung von Bakterien und ihrer Magnetfeldorientierung durch Magnetosomen. Dies sind winzige, nur wenige Nanometer große Partikel im Inneren der magnetotaktischen Bakterien. Sie reihen sich kettenförmig aneinander und reagieren ähnlich wie eine Kompassnadel auf das Magnetfeld der Erde. Wenn es gelingt, die Biosynthese der Magnetosomen im Detail zu verstehen und im Labor weiter zu optimieren, könnten sich daraus spannende Ansatzpunkte für die Herstellung magnetischer Nanomaterialien mit neuen, maßgeschneiderten Eigenschaften ergeben.

Interview mit Prof. Dr. Dirk Schüler zur „Mikrobe des Jahres 2019“:
https://vaam.de/infoportal-mikrobiologie/mikrobe-des-jahres/mikrobe-des-jahres-2...

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof Dr. Dirk Schüler
Lehrstuhl für Mikrobiologie, Universität Bayreuth
Telefon: +49 (0)921 / 55-2729
E-Mail: dirk.schueler@uni-bayreuth.de

Dr. Daniel Pfeiffer
Lehrstuhl für Mikrobiologie, Universität Bayreuth
Telefon: +49 (0)921 / 55-2595
E-Mail: daniel.pfeiffer@uni-bayreuth.de

Originalpublikation:

Daniel Pfeiffer, Mauricio Toro-Nahuelpan, Marc Bramkamp, Jürgen Plitzko, and Dirk Schüler: The polar organizing protein PopZ is fundamental for proper cell division and segregation of cellular content in Magnetospirillum gryphiswaldense.
mBio (2019), DOI: http://dx.doi.org/10.1128/mBio.02716-18

Die Forschungsarbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und vom Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen eines ERC Advanced Grants für Prof. Dr. Dirk Schüler gefördert.

Christian Wißler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sich vermehren oder sich nicht vermehren
22.03.2019 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

nachricht Ketten aus Stickstoff direkt erzeugt
22.03.2019 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Die Zähmung der Lichtschraube

Wissenschaftler vom DESY und MPSD erzeugen in Festkörpern hohe-Harmonische Lichtpulse mit geregeltem Polarisationszustand, indem sie sich die Kristallsymmetrie und attosekundenschnelle Elektronendynamik zunutze machen. Die neu etablierte Technik könnte faszinierende Anwendungen in der ultraschnellen Petahertz-Elektronik und in spektroskopischen Untersuchungen neuartiger Quantenmaterialien finden.

Der nichtlineare Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer (HHG) in Gasen ist einer der Grundsteine der Attosekundenwissenschaft (eine Attosekunde ist ein...

Im Focus: The taming of the light screw

DESY and MPSD scientists create high-order harmonics from solids with controlled polarization states, taking advantage of both crystal symmetry and attosecond electronic dynamics. The newly demonstrated technique might find intriguing applications in petahertz electronics and for spectroscopic studies of novel quantum materials.

The nonlinear process of high-order harmonic generation (HHG) in gases is one of the cornerstones of attosecond science (an attosecond is a billionth of a...

Im Focus: Magnetische Mikroboote

Nano- und Mikrotechnologie sind nicht nur für medizinische Anwendungen wie in der Wirkstofffreisetzung vielversprechende Kandidaten, sondern auch für die Entwicklung kleiner Roboter oder flexibler integrierter Sensoren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben mit einer neu entwickelten Methode magnetische Mikropartikel hergestellt, die den Weg für den Bau von Mikromotoren oder die Zielführung von Medikamenten im menschlichen Körper, wie z.B. zu einem Tumor, ebnen könnten. Die Herstellung solcher Strukturen sowie deren Bewegung kann einfach durch Magnetfelder gesteuert werden und findet daher Anwendung in einer Vielzahl von Bereichen.

Die magnetischen Eigenschaften eines Materials bestimmen, wie dieses Material auf das Vorhandensein eines Magnetfeldes reagiert. Eisenoxid ist der...

Im Focus: Magnetic micro-boats

Nano- and microtechnology are promising candidates not only for medical applications such as drug delivery but also for the creation of little robots or flexible integrated sensors. Scientists from the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) have created magnetic microparticles, with a newly developed method, that could pave the way for building micro-motors or guiding drugs in the human body to a target, like a tumor. The preparation of such structures as well as their remote-control can be regulated using magnetic fields and therefore can find application in an array of domains.

The magnetic properties of a material control how this material responds to the presence of a magnetic field. Iron oxide is the main component of rust but also...

Im Focus: Goldkugel im goldenen Käfig

„Goldenes Fulleren“: Liganden-geschützter Nanocluster aus 32 Goldatomen

Forschern ist es gelungen, eine winzige Struktur aus 32 Goldatomen zu synthetisieren. Dieser Nanocluster hat einen Kern aus 12 Goldatomen, der von einer Schale...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung 2019 für Nuklearmedizin in Bremen

21.03.2019 | Veranstaltungen

6. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztage vom 25. bis 26.3. 2019

21.03.2019 | Veranstaltungen

Teilchenphysik trifft Didaktik und künstliche Intelligenz in Aachen

20.03.2019 | Veranstaltungen

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

Die Zähmung der Lichtschraube

22.03.2019 | Physik Astronomie

Saarbrücker Forscher erleichtern durch Open Source-Software den Durchblick bei Massen-Sensordaten

22.03.2019 | HANNOVER MESSE

Ketten aus Stickstoff direkt erzeugt

22.03.2019 | Biowissenschaften Chemie

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