Zell-zu-Zell-Kommunikation bei Bakterien

Bakterien wurden traditionell als sehr einfache Organismen betrachtet und vor allem als einzelne Zellen untersucht, doch jüngste Entdeckungen enthüllten ihre Fähigkeit, vielzelligen Strukturen wie Biofilme und Fruchtkörper zu bilden. Damit Bakterien diese Organisationsstufe erreichen können, müssen sie sich an Veränderungen der Umwelt anpassen, indem sie ihre Umgebung wahrnehmen und miteinander kommunizieren.

Gesundheit

Das Bakterium Myxococcus xanthus zeigt verschiedene Formen von selbstorganisierendem Verhalten in Reaktion auf Umweltreize. Das Projekt MICROBIAL SENSING (Dissecting new mechanisms of bacterial cell-to-cell communication) verwendete M. xanthus als Modellsystem, um die Beteiligung des Sinnesapparates, der als chemosensorische Systeme (CSS) bezeichnet wird, an der bakteriellen Zell-Zell-Kommunikation und Fruchtkörperbildung zu untersuchen. Die Forscher charakterisierten alle CSS von M. xanthus und stellten fest, dass die Bakterien 8 vorhergesagte CSS und 21 Chemorezeptoren umfassten. Durch das systematische löschen von Genen, die Komponenten und Chemorezeptoren kodieren, konnte deren Wirkung auf das Sozialverhalten von M. xanthus bestimmt werden. Phylogenetik, Fluoreszenzmikroskopie und Protein-Protein-Interaktionsassays wurden benutzt, um ein großes chemosensorisches Modul zu identifizieren, das aus drei miteinander verbundenen CSS und mehreren Chemorezeptoren besteht. Es wurde auch festgestellt, dass komplexe Verhaltensweisen wie Gruppenmotilität und Biofilmbildung einen regulatorischen Apparat erfordern, der mehrere Che-gekoppelte Systeme umfasst. Eine tiefere Analyse von M. xanthus ergab, dass das FRZB-Protein die überraschende Funktion hat, Signale an das Frz-zytoplasmatische CSS zu liefern. Die Forscher entdeckten auch, dass der FrzCD-zytoplasmische Chemorezeptor Protein-Cluster bildet, indem er über eine N-terminale Proteindomäne an den Nukleoid der Bakterien bindet, ähnlich wie bei eukaryontischen Histonen. Ferner werden während der Zellteilung Cluster nicht gleichmäßig zwischen den beiden Tochterzellen segregiert, was zu Variationen bei der Anzahl von FrzCD-Clustern von Zelle zu Zelle innerhalb von Bakterienpopulation führt. Diese Variationen in Clustern erzeugen ein phänotypisches Rauschen, das für das soziale Verhalten von M. xanthus wichtig ist. Das phänotypische Rauschen ist wichtig für Bakterien, um spezialisierte Zellen in Antizipation auf mögliche negative Veränderungen in der Umwelt einzusetzen. Es kann von einer Reihe von Quellen herrühren, unter anderem von Variationen in der Aktivität einzelner Zellen, von Variationen in der metabolischen Aktivität von Zelle zu Zelle oder von fluktuierenden Stärken eines externen Signals. Das Projekt zeigte zum ersten Mal, dass phänotypisches Rauschen auch durch zufällige und ungleichmäßige Segregationsereignisse erzeugt werden kann. Durch die Annahme einer Funktion für das bakterielle Nukleoid bei der Organisation von CSS und der Erzeugung von phonotypischem Rauschen lieferte das Projekt eine neue Perspektive auf ihre Rolle innerhalb der Bakterienzelle. Auf diese Weise schuf MICROBIAL SENSING neue Erkenntnisse darüber, wie Zellen von M. xanthus durch CSS kommunizieren und ihre Umwelt wahrnehmen, was die Suche nach neuen Zielen für Antibiotika und die Behandlung von Biofilm-vermittelten unterstützen wird. Es lieferte auch einen wichtigen Beitrag zur Erforschung von bakteriellen Gemeinschaften, indem es die bakterielle Zellarchitektur, die funktionelle Organisation von Signalkomplexen und das Zeltverhalten miteinander in Verbindung brachte.

Schlüsselbegriffe

Biofilm, Fruchtkörper, Myxococcus xanthus, MICROBIAL SENSING, chemosensorische Systeme, Chemorezeptoren, Nucleoid, phänotypisches Geräusch, N-terminales Protein

Dissecting a new mechanisms of bacterial cell-cell communication

Zell-zu-Zell-Kommunikation bei Bakterien

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