Infektionen – Neue „Sprache“ von Bakterien entdeckt

Bakterien leben nicht isoliert, sondern in Gemeinschaft mit anderen Bakterien. Sie kommunizieren miteinander über chemische Prozesse und können sich dadurch in der Gruppe „absprechen“ und somit gemeinsam verschiedene Eigenschaften ausbilden.

Der LMU-Mikrobiologe PD Dr. Ralf Heermann hat nun in Zusammenarbeit mit Professor Helge Bode von der Goethe-Universität Frankfurt erstmals einen bislang unbekannten bakteriellen Kommunikationsweg entdeckt. Darüber berichten die Wissenschaftler aktuell in der Zeitschrift Nature Chemical Biology. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Kommunikation zwischen Bakterien sehr viel komplexer ist als bislang angenommen“, sagt Ralf Heermann.

Verschiedene Bakterien haben auch unterschiedliche Arten zu kommunizieren. Am besten erforscht ist bislang die Kommunikation über N-Acylhomoserinlaktone (AHLs). Diese Signalmoleküle werden durch eine Synthase produziert, die zur LuxI-Proteinfamilie gehört. Das Signal wird von dem dazu passenden LuxR-Rezeptor erkannt, woraufhin die Expression verschiedener Gene verändert wird und die Bakterien bestimmte Eigenschaften bilden. Viele Bakterien besitzen jedoch LuxR-Rezeptoren, aber keine LuxI-Synthase. Diese Rezeptoren werden als LuxR-Solos bezeichnet.

Neues Signalmolekül

Wie die Kommunikation über die LuxR-Solos erfolgt, konnten Ralf Heermann und Helge Bode nun erstmals aufklären. Dafür haben sie das Bakterium Photorhabdus luminescens untersucht, ein für Insekten tödlicher Krankheitserreger.

„Wir haben ein neues Signalmolekül entdeckt, das auch biochemisch neuartig produziert wird“, sagt Helge Bode, Merck-Stiftungsprofessor für Molekulare Biotechnologie an der Goethe-Universität Frankfurt. Der LuxR-Rezeptor erkennt nicht AHLs, sondern die alpha-Pyrone als Signalmoleküle, die als Photopyrone bezeichnet werden. Zusätzlich entdeckten die Forscher die Pyron-Synthase (PpyS). Durch diese Kommunikation über die LuxR-Solos erkennen sich die Bakterien und bilden einen Oberflächenfaktor, der sie miteinander verklumpen lässt. Dadurch sind sie bei der Infektion von Insektenlarven von deren Immunsystem weniger angreifbar und töten ihre Opfer schließlich durch die Produktion verschiedener Gifte. „Photorhabdus luminescens ist ein guter Modellorganismus, da er viele Verwandte bei menschlichen Krankheitserregern hat, darunter Kolibakterien wie EHEC und der Pest-Erreger“, sagt Heermann.

Die Ergebnisse sind auch von medizinischem Interesse, da die Kommunikationswege von Bakterien ein möglicher Angriffspunkt für neue Medikamente sind. So könnten spezifische Medikamente entwickelt werden, die die Kommunikation der Bakterien stören, um sie so an der Bildung etwa von Giftstoffen zu hindern. Wenn Krankheitserreger nicht mehr wie bislang durch Antibiotika abgetötet, sondern an der Bildung krankmachender Eigenschaften gehindert werden, würde das die Gefahr von Resistenzbildungen erheblich mindern. (nh)

Publikation:
Pyrones as bacterial signaling molecules
Alexander O. Brachmann, Sophie Brameyer, Darko Kresovic, Ivana Hitkova, Yannick Kopp, Christian Manske, Karin Schubert, Helge B. Bode, and Ralf Heermann
Nature Chemical Biology
Doi http://dx.doi.org/10.1038/nchembio.1295
Ansprechpartner:
PD Dr. Ralf Heermann
LMU München
Biozentrum
Tel.: 089 / 2180 – 74506
E-Mail: heermann@lmu.de