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Neue "Sprache" von Bakterien entdeckt

Bakterien leben nicht isoliert, sondern in Gemeinschaft mit anderen Bakterien. Sie kommunizieren miteinander über chemische Prozesse und können sich dadurch in der Gruppe "absprechen", beispielsweise um bei Infektionen gemeinsam vorzugehen.

Wissenschaftler der Goethe-Universität und der Ludwig-Maximilians-Universität München haben nun erstmals einen bislang unbekannten bakteriellen Kommunikationsweg entdeckt, der auch von medizinischem Interesse ist. In der Online-Ausgabe der Zeitschrift Nature Chemical Biology berichten die Wissenschaftler über die Entdeckung eines neuen Signalmoleküls.

Verschiedene Bakterien kommunizieren auf unterschiedliche Weise. Am besten erforscht ist bislang die Kommunikation über N-Acylhomoserinlaktone (AHLs). Diese Signalmoleküle werden durch das Enzym LuxI-Synthase produziert und von dem dazu passenden LuxR-Rezeptor erkannt. Daraufhin verändert sich die Expression verschiedener Gene, so dass die Bakterien bestimmte Eigenschaften wie Virulenz ausbilden.

Rätselhaft war bisher, dass viele Bakterien zwar den LuxR-Rezeptor besitzen, aber keine LuxI-Synthase. Die Kommunikation über diese als LuxR-Solos bezeichneten Rezeptoren konnten Prof. Helge Bode von der Goethe-Universität und Privatdozent Dr. Ralf Heermann von der Ludwig-Maximilians-Universität in München nun erstmals aufklären.

Die Forscher haben das Bakterium Photorhabdus luminescens untersucht, einen für Insekten tödlichen Krankheitserreger. "Wir haben ein neues Signalmolekül entdeckt, das auch biochemisch neuartig produziert wird", sagt Helge Bode, Merck-Stiftungsprofessor für Molekulare Biotechnologie an der Goethe-Universität Frankfurt. Der LuxR-Rezeptor erkennt in diesem Fall nicht AHLs, sondern andere Signalmoleküle, die alpha-Pyrone. Zusätzlich entdeckten die Forscher das dazu gehörige Enzym, die Pyron-Synthase (PpyS). Durch diese Kommunikation über die LuxR-Solos erkennen sich die Bakterien und bilden einen Oberflächenfaktor, der sie miteinander verklumpen lässt. Das schützt sie vermutlich bei der Infektion von Insektenlarven vor deren Immunsystem.

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Ein neu entdeckter Signalweg für die Kommunikation zwischen Bakterien der Gattung Photorhabdus luminescens über den Naturstoff Photopyron bewirkt, dass die Bakterien einander erkennen und bei einer Infektion miteinander verklumpen. Vermutlich schützt sie das vor dem Immunsystem ihres Wirts.

Schließlich töten sie ihre Opfer durch die Produktion verschiedener Gifte. "Photorhabdus luminescens ist ein guter Modellorganismus, da er viele Verwandte bei menschlichen Krankheitserregern hat, darunter Kolibakterien wie EHEC und der Pest-Erreger", sagt Ralf Heermann von der Ludwig-Maximilians-Universität in München.

Die Kommunikationswege von Bakterien sind ein möglicher Angriffspunkt für neue Medikamente. "Wenn Krankheitserreger nicht mehr wie bisher durch Antibiotika abgetötet, sondern an der Bildung krankmachender Eigenschaften wie Giften gehindert werden könnten, würde das die Gefahr von Resistenzbildungen erheblich mindern", so Bode.

Publikation:
Alexander O. Brachmann, Sophie Brameyer, Darko Kresovic, Ivana Hitkova, Yannick Kopp, Christian Manske, Karin Schubert, Helge B. Bode, and Ralf Heermann: Pyrones as bacterial signaling molecules, in: Nature Chemical Biology, DOI:

Informationen:
Prof. Helge Bode, Merck-Stiftungsprofessor für Molekulare Biotechnologie, Institut für Molekulare Biowissenschaften, Campus Riedberg, H.Bode@bio.uni-frankfurt.de.

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