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L-Form-Bakterien ohne Zellwand

Bestimmte antibiotikaresistente Bakterien besitzen in der so genannten L-Form keine externe Zellwand. Ein EU-finanziertes Forschungsprojekt untersuchte die Proliferationsprozesse bei diesen Bakterien.
L-Form-Bakterien ohne Zellwand
Die bakterielle Zellwand ist eine für Bakterien lebenswichtige äußere Schutzhülle um die Zellmembran. Diese Zellwand besteht aus Polysaccharidketten, die durch spezifische bakterielle Peptide kreuzvernetzt sind. Die meisten Bakterien sind in der Lage, sich in eine zellwanddefiziente (cell wall-deficient, CWD) L-Form zu verwandeln. Viele L-Formen tragen Antibiotikaresistenzen und werden mit einer ganzen Reihe von Infektionskrankheiten assoziiert.

Für die Vermehrung nehmen L-Formen meist eine kugelige Form an. Normalerweise benötigen Bakterien für die Zellteilung eine Zellwand und Komponenten des bakteriellen Zytoskeletts. Dass L-Formen auch in Abwesenheit dieser beiden Strukturen wachsen und sich teilen können, würde auf eine Art der Zellteilung hindeuten, die für frühere Bakterienformen typisch gewesen sein könnte. Das Projekt CFILP (Characterisation of factors involved in proliferation of Bacillus subtilis L-forms) untersuchte daher am Bakterienmodell Bacillus subtilis die Mechanismen der L-Form-Proliferation.

Die Projektforscher isolierten und untersuchten genetische Mutationen, die eine zellwandlose Zellteilung und Proliferation ermöglichen. Dabei entdeckten sie wichtige Mutationen, die bei der L-Form-Proliferation die Produktion der Zellmembran erhöhen, und zwar durch Überaktivierung des Fettsäuresynthesesystems. Indem die Zelloberfläche im Verhältnis zum Volumen bei Wildtyp-L-Formen ohne Zellwand künstlich vergrößert wurde, bildeten sich spontan Vorläuferzellen heraus.

Als nächstes wurde ein Ansatz zur Gendeaktivierung entwickelt und eine Mutation identifiziert, die die Zellteilung von proliferationsfähigen L-Formen verhindert. Diese Mutation ist für die Synthese der Fettsäurekomponenten der Zellmembran zuständig. Der wichtigste Phänotyp für diese Mutante manifestierte sich in einer reduzierten Fluidität der Zellmembran, was die Proliferationsfähigkeit der L-Form verhinderte, und zwar bei der Spaltung der Membran, sodass keine Vorläuferzellen freigesetzt wurden.

Ein abschließend entwickeltes L-Form-Modell legt nahe, dass das asymmetrische Wachstum eine Zunahme der Zelloberfläche im Verhältnis zum Volumen und damit eine spontane Verformung bewirkt. Durch Korrektur dieser Asymmetrie zwischen Oberfläche und Volumen entstehen dann Vorläufer (Teilung), vorausgesetzt allerdings, dass die Membran flexibel genug ist.

Die Ergebnisse von CFILP stützen direkt die These, dass sich aufgrund rein biophysikalischer Prozesse primitive Zellen effizient vermehren konnten, bevor es zur Evolution der Zellwand kam.

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