Zusammenarbeit nur mit Tarnkappe?

Nicht nur wir, auch alle anderen Organismen müssen sich mit Bakterien auseinandersetzen. Ob notwendige Symbiose oder Infektion – bei der Interaktion zwischen Bakterium und einem Organismus spielen Kohlenhydratstrukturen auf der Zelloberfläche eine wichtige Rolle.

Ein Team um Antonio Molinaro von der Universität Neapel und Christian Hertweck vom Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie in Jena hat nun eine ungewöhnliche Kohlenhydratstruktur entdeckt, ohne die die Symbiose zwischen einem Bakterium und einem Reispflanzen befallenden Pilz nicht stabil ist. Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, braucht das Bakterium diese Struktur vermutlich als Tarnung oder Schutz gegenüber den Abwehrmechanismen des Pilzes.

Bei gramnegativen Bakterien sind Kohlenhydratstrukturen der Klasse der Lipopolysaccharide (LPS) besonders wichtig für Zell-Zell-Interaktionen. LPS bestehen aus einer komplexen Kette aus verschiedenen Zuckermolekülen und einem Lipid, das die Struktur in der Zellmembran verankert. „Bisherige Studien beschränkten sich auf die Rolle von LPS bei der Interaktion von Bakterien mit Tieren oder mit Pflanzen,“ so Hertweck. „Eine beträchtliche Wissenslücke besteht dagegen hinsichtlich der Interaktion mit anderen Mikroben.“ Das Team hat sich nun eine einzigartige Symbiose angesehen: Der Pilz Rhizopus microsporus, Erreger der Reiskeimlingsfäule, hemmt das Wachstum von Reiswurzeln, was zum Absterben der Pflanze führt. Der Pilz braucht dafür aber einen Partner, das Bakterium Burkholderia rhizoxinica. Die Bakterien stellen für den Pilz die notwendigen Toxine her, um die Reispflanzen zu schädigen. Die aus den toten Pflanzen freigesetzten Nährstoffe werden dann von beiden Symbiosepartnern genutzt.

„Bisher blieb es ein Mysterium, wie die Bakterien in den Pilzzellen überleben können“, sagt Hertweck. Jetzt scheint das Team der Lösung auf der Spur zu sein: „Wir haben ein ungewöhnliches Polysaccharid, eine Kette aus mehreren Galactose-Molekülen, in den LPS des Bakteriums gefunden“, so Hertweck. „In dieser Bakterien-Gattung wurde ein solches Motiv zuvor noch nie beobachtet. In Pilzen kommen ähnliche Strukturen jedoch häufig vor.“ Das Bakterium ahmt diese Strukturelemente seines Wirtsorganismus möglicherweise nach. Die Forscher infizierten Pilze mit mutierten Bakterien, die diesen Mehrfachzucker nicht enthalten. Die Partner gehen in diesem Fall keine stabile Symbiose ein. Dies äußert sich unter anderem darin, dass die Pilze kaum mehr in der Lage sind, Sporen zu bilden.

„Das spezielle Galactose-Motiv wirkt wahrscheinlich wie ein Tarnanzug für das Bakterium“, meint Hertweck. „Es ist denkbar, dass es so nicht als fremd erkannt wird und vor den Abwehrmechanismen des Pilzes sicher ist.“

Angewandte Chemie: Presseinfo 30/2010

Autor: Christian Hertweck, Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie, HKI, http://www.hki-jena.de/index.php/0/1/107

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201003301

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany