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Universität Basel

26. Oktober 2017

Gutes Gespür: Auch Bakterien haben einen Tastsinn

Tastsinn: Schwimmende Bakterien können Oberflächen mit dem Flagellum ertasten.
Tastsinn: Schwimmende Bakterien können Oberflächen mit dem Flagellum ertasten. (Bild: Universität Basel, Biozentrum)

Bakterien haben keine Sinnesorgane im klassischen Sinn. Und trotzdem können sie ihre Umwelt wahrnehmen. Eine Forschungsgruppe am Biozentrum der Universität Basel hat nun herausgefunden, dass Bakterien nicht nur auf chemische Signale reagieren, sondern auch eine Art «Tastsinn» besitzen. In ihrer aktuellen Publikation in «Science» zeigen die Forscher auf, wie die Bakterien Oberflächen erkennen und sich in Sekundenschnelle daran anheften. Krankheitserreger nutzen den gleichen Mechanismus um ihre Wirtzellen zu besiedeln und anzugreifen.

Ob Schleimhaut oder Darmwand, unterschiedlichste Gewebe und Oberflächen unseres Körpers sind mögliche Eintrittspforten für bakterielle Krankheitserreger. Entscheidend für eine erfolgreiche Infektion sind dabei oftmals die ersten Sekunden – der Moment des Berührens. Denn durch diesen mechanischen Reiz schalten viele Erreger ihre Virulenz erst an und erlangen so die Fähigkeit in das Gewebe einzudringen. Die Forschungsgruppe von Prof. Urs Jenal vom Biozentrum der Universität Basel hat nun herausgefunden, wie Bakterien Oberflächen ertasten und was in diesen entscheidenden ersten Sekunden genau passiert.

Bislang nur chemische Signale im Fokus der Forschung

In den letzten Jahrzehnten machte die Forschung enorme Fortschritte bei der Klärung der Frage, wie Bakterien chemische Signale wahrnehmen und verarbeiten. «Doch bis heute haben wir praktisch keine Kenntnisse darüber, wie Bakterien mechanische Reize messen und wie sie als Antwort darauf ihr Verhalten ändern», sagt Jenal. «Am Beispiel von Caulobacter konnten wir nun zum ersten Mal zeigen, dass Bakterien über eine Art Tastsinn verfügen. Er hilft ihnen Oberflächen zu erkennen und kurbelt in diesem Fall die Produktion eines zelleigenen Sekundenklebers an.»

Wie Bakterien Oberflächen erkennen und darauf haften

Freischwimmende Caulobacter Zellen besitzen einen rotierenden Motor in ihrer Zellhülle, an dem ein langer Fortsatz, das Flagellum, befestigt ist. Durch die Rotation des Flagellums können sich die Bakterien in einer Flüssigkeit fortbewegen. Zur grossen Überraschung der Forscher ist es genau dieser Rotor, der auch als Tastorgan verwendet wird. Damit der Motor läuft und sich das Flagellum dreht, müssen Protonen durch Ionenkanäle in die Zelle fliessen. Berührt eine schwimmende Zelle eine Oberfläche, wird die Funktionsweise des Motors gestört und der Protonenfluss unterbrochen.

Die Forscher glauben, dass dies das entscheidende Signal ist: Die Bakterienzelle kurbelt nun die Produktion eines Botenstoffes an, welcher wiederum das Bakterium innerhalb von wenigen Sekunden dazu anregt, einen Klebstoff zu bilden, welcher die Zellen fest auf der Oberfläche verankert. «Dieses Beispiel zeigt uns eindrücklich wie rasch und gezielt Bakterien ihr Verhalten ändern können, wenn sie auf Oberflächen treffen», so Jenal.

Besseres Verständnis von Infektionskrankheiten

«Obwohl Caulobacter ein harmloses Bakterium ist, sind unsere Erkenntnisse für das Verständnis von Infektionskrankheiten überaus relevant. Denn was wir in Caulobacter aufgedeckt haben, finden wir eins zu eins auch bei wichtigen menschlichen Krankheitserregern», betont Jenal. Um Infektionen besser zu kontrollieren und allenfalls behandeln zu können, ist es daher wichtig, die Prozesse besser zu verstehen, die in den ersten Sekunden nach dem Oberflächenkontakt ablaufen.

Originalbeitrag

Isabelle Hug, Siddharth Deshpande, Kathrin S. Sprecher, Thomas Pfohl, Urs Jenal
Second messenger-mediated tactile response by a bacterial rotary motor
Science (2017), doi: 10.1126/science.aan5353


Weitere Auskünfte

  • Prof. Dr. Urs Jenal, Universität Basel, Biozentrum, Tel. +41 61 207 21 35, E-Mail: urs.jenal@unibas.ch
  • Dr. Katrin Bühler, Universität Basel, Kommunikation Biozentrum, Tel. +41 61 207 09 74, E-Mail: katrin.buehler@unibas.ch
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