Die Signalgebung bei bakteriellen Biofilmen
Bakterien bilden oftmals komplexe Muster an Oberflächen, die als Biofilme bezeichnet werden und die die Widerstandsfähigkeit gegenüber verschiedenen externen Angriffen wie etwa antimikrobiellen Behandlungen erhöhen. Obwohl die Bedeutung von Bakterienkulturen vor Kurzem demonstriert wurde, sind die Kontrollmechanismen für die räumliche Organisation, Differenzierung und Bildung von Mustern nach wie vor unklar. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts BACTERIAL PATTERNS (Network analysis of bacterial multi-cellular patterning) wurde die Biofilmbildung anhand grampositiver Bakterien des Typs Bacillus subtilis untersucht, welche entwicklungsverschiedene Subpopulationen aufweisen. Die Untersuchungen zur Genexpression enthüllten bislang unbekannte Informationen zur Biofilmbildung bei B. subtilis. Die Bildung bakterieller Biofilme wird über Quorum sensing koordiniert, ein Signalsystem, das die Populationsdichte steuert. Wissenschaftler identifizierten ein neuartiges Quorum-sensing-System mit der Bezeichnung rapP-phrP bei der Biofilmbildung. Das Phosphatasen-rapP-Gen existiert in einer Genkassette mit phrP, einem regulatorischen Verschlüsselungspolypeptid. Das Signalsystem wurde aufgrund einer Mutation in dem Stamm, der von anderen Forschern verwendet worden war, nicht entdeckt. Nach der Korrektur der Mutation zeigte das Projekt BACTERIAL PATTERNS, dass die Bildung interzellularer Signalwege die Biofilmbildung wesentlich beeinflusst. Ein genetischer Screening-Ansatz trug dazu bei, multiple neue Regulatoren bei der Biofilmbildung und insbesondere bei der Surfactin-Produktion zu identifizieren. Das vom Bakterium B. subtilis produzierte Surfactin ist ein leistungsstarker oberflächenaktiver Stoff und ein unspezifisches Antibiotikum, das in vielen bakteriellen Membranen wirkt. Die Identifizierung von Bedingungen, unter denen die Verbindung zwischen Biofilmbildung und Sporenbildung unterbrochen wird, zeigte die genetische Regulation dieses Verbindungsprozesses. Wissenschaftler entdeckten neue Informationen zu Mechanismen der genetischen Regulation, die an der Biofilmbildung beteiligt sind. Durch eine Störung dieser Mechanismen könnten effektive antibakterielle Produkte für die Haushalts-, Krankenhaus- und industriellen Sektoren entwickelt werden.
