Infektionsbiologie

LMU-Forscher entschlüsseln eine bislang unbekannte „Sprache“ von Bakterien

Bakterien kommunizieren mittels chemischer Signale und können durch diese „Absprache“ gemeinsame Eigenschaften bilden und so auch ihre potenziell krankmachende Wirkung entfalten. Wissenschaftler um Dr. Ralf Heermann, Privatdozent am Lehrstuhl für Mikrobiologie der LMU, und um Helge Bode, Merck Stiftungsprofessor für Molekulare Biotechnologie an der Goethe-Universität Frankfurt, haben nun einen bislang unbekannten Kommunikationsweg beschrieben, der weit verbreitet zu sein scheint. Darüber berichten sie aktuell in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Science.

Die Insektenlarven wurden mit P. asymbiotica infiziert. Da die Bakterien biolumineszent sind, leuchten die Larven im Dunkeln. Die Pathogenität von humanpathogenen Keimen wird häufig im Insektenmodell untersucht. (Bild: Ralf Heermann, LMU)

Verschiedene Bakterien haben auch verschiedene Arten zu kommunizieren. Das Team um Heermann und Bode hat bereits 2013 erstmals einen bis dahin unbekannten Kommunikationsweg bei Bakterien entdeckt. Nun ist es ihnen gelungen, eine neue und weit verbreitete chemische Art der bakteriellen Kommunikation zu entschlüsseln.

Bislang am besten erforscht ist die Kommunikation zwischen Bakterien über N-Acylhomoserinlaktone (AHL) erforscht: Das Enzym LuxI produziert Signale, die von dem LuxR-Rezeptor erkannt werden, woraufhin die Bakterien bestimmte Eigenschaften ausbilden und ihr Verhalten aufeinander abstimmen. Da dafür eine bestimmte Anzahl an Bakterien vorhanden sein muss, heißt dieser Vorgang „Quorum sensing“.

Die Arbeitsgruppen von Heermann und Bode untersuchen jedoch Bakterien, die zwar einen LuxR-Rezeptor haben, aber nicht das Enzym LuxI. In der aktuellen Studie haben die Mikrobiologen das Bakterium Photorhabdus asymbiotica untersucht, einen für Insekten tödlichen Krankheitserreger, der auch Menschen befallen und Hautinfektionen verursachen kann.

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Diese Bakterien kommunizieren über das Signalmolekül Dialkylresorcinol, welches der zugehörige LuxR-Rezeptor erkennt. „Bei diesem Quorum sensing ist der Einfluss auf die krankmachenden Eigenschaften der Bakterien äußerst stark. P. asymbiotica benötigt Dialkylresorcinol und damit die Kommunikation mit den Artgenossen für die erfolgreiche Infektion der Larve“, sagt Ralf Heermann.

Die Forscher haben nicht nur P. asymbiotica, sondern eine Reihe weiterer Bakterien untersucht. Der neu entdeckte Signalweg scheint weit verbreitet zu sein. „Wir konnten viele weitere humanpathogene Bakterien identifizieren, die ebenfalls kein LuxI aufweisen und auch die Fähigkeit zur Bildung dieses Signals besitzen“, sagt Helge Bode.

Kommunikation unterbinden statt abtöten
Die Erforschung der bakteriellen Kommunikation ist auch von medizinischem Interesse. Denn die Kommunikationswege von Bakterien sind ein möglicher Angriffspunkt für neue Medikamente. Wird die entsprechende Kommunikationsmöglichkeit unterbunden, so können die Bakterien krankmachende Eigenschaften gar nicht erst ausbilden. „Wenn Krankheitserreger nicht mehr wie bisher durch Antibiotika abgetötet, sondern im Vorfeld an der Bildung krankmachender Eigenschaften gehindert werden könnten, würde das die Gefahr von Resistenzbildungen erheblich mindern“, sagt Helge Bode.

Publikation:
Sophie Brameyer, Darko Kresovic, Helge B. Bode and Ralf Heermann: Dialkylresorcinols as bacterial signaling molecules. In: PNAS (Published online before print). DOI: 10.1073/pnas.1417685112.

Kontakt:
PD Dr. Ralf Heermann
Fakultät für Biologie der LMU
Mikrobiologie
E-Mail: heermann@lmu.de

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