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Der Krisenstab im Innern einer Bakterienzelle

Forscher haben sich im Rahmen eines EU-finanzierten Projekts näher mit dem Krisenmanagement im Innern von Bakterien beschäftigt. Dabei sorgen riesige Moleküle dafür, dass die Bakterien schnellstmöglich auf viele Stressfaktoren oder Gefahren reagieren können. Die in der jüngste...

Forscher haben sich im Rahmen eines EU-finanzierten Projekts näher mit dem Krisenmanagement im Innern von Bakterien beschäftigt. Dabei sorgen riesige Moleküle dafür, dass die Bakterien schnellstmöglich auf viele Stressfaktoren oder Gefahren reagieren können. Die in der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift "Science" veröffentlichten Forschungsergebnisse erhellen die Mechanismen, mit denen sich Bakterien an eine unwirtliche und veränderliche Umgebung anpassen. Die bakterielle Stressbewältigung wird durch ein großes Molekül gesteuert - das sogenannte "Stressosom". Die in der aktuellen Studie untersuchten Bakterien besaßen ungefähr 20 dieser Strukturen, die sich relativ gleichmäßig im Zellinneren verteilen. Stressosome können sich sehr schnell an vielfältigen Umweltstress wie helles Licht, Hitzeschock oder Salzgehalt anpassen und eine Reaktion bewirken, die das Überleben der Zelle sichert. Bislang war jedoch nichts über die zugrundeliegenden Mechanismen bekannt. Für ihre jüngsten Forschungen griffen die Wissenschaftler auf hochmoderne Bildgebungsverfahren zurück sowie auf die Synchrotronstrahlungsquelle Diamond Light Source im Vereinigten Königreich, um hinter die Geheimnisse des Stressosoms zu kommen. Dadurch konnten sie die Aktivitäten einzelner Proteine innerhalb des Stressosoms sichtbar machen. Stellt sich durch Umweltstress eine Gefahr für die Bakterie ein, wird von der Zelloberfläche ein Warnsignal ins Zellinnere gesandt. In den Stressosomen bewirkt dieses Warnsignal die Freisetzung des Proteins RsbT. Dies löst eine Kette von Reaktionen aus, im Zuge derer 150 neue Proteine produziert werden, die der Zelle helfen, sich an die neue Umgebung anzupassen und in ihr zu überleben. "Die Kaskade biochemischer Reaktionen, die die Stressosomen in der Bakterienzelle bei Empfang der Warnsignale auslösen, bewirkt die verstärkte Transkription verschiedener Gene in der Zelle", erklärt Professorin Marin van Heel vom Imperial College in London, Vereinigtes Königreich. "Das heißt, dass einige bereits in der Zelle vorhandene Gene ihre Aktivität verstärken und dadurch den Gehalt bestimmter Proteine in der Zelle erhöhen. Durch diese veränderte Proteinstruktur kann die Zelle in einer feindlichen oder unwirtlichen Umgebung überleben." "Stressosomen fungieren als sehr effektiver Krisenstab, mit dem die Bakterienzelle mit gezielten Sofortmaßnahmen auf Gefahren reagieren kann", fügt Dr. Tim Grant, ebenfalls Forscher am Imperial College in London, hinzu. "Durch die rasante Kettenreaktion kann sich das Bakterium blitzschnell auf Umweltstress einstellen." Zur weiteren Erforschung des Stressosoms will die Arbeitsgruppe verstärkt Bildgebungsverfahren einsetzen und hofft, mithilfe des neuen hochauflösenden Kryoelektronenmikroskops des Max-Planck-Instituts in Martinsried, Deutschland, neue Erkenntnisse über die Proteinbausteine zu gewinnen, aus denen das Stressosom aufgebaut ist. Finanziert wurden die Forschungen von europäischer Seite aus im Rahmen des Projekts 3DEM (Dreidimensionale Elektronenmikroskopie), das unter dem Themenbereich "Biowissenschaften, Genomik und Biotechnologie im Dienste der Gesundheit" des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) läuft.