2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Bewegung von fluoreszierenden Flagellatenbakterien
Amerikanische und britische Wissenschaftler haben herausgefunden, wie der Stab des bakteriellen Flagellums gebildet wird - eine Struktur, die die Rotation vom intrazellulären molekularen Motor auf das äußere Filament überträgt. Die Ergebnisse der Arbeit wurden in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
Das Flagellum, das mit einer Geschwindigkeit von bis zu 60.000 Umdrehungen pro Minute rotiert, sorgt für Bewegung der Bakterienzelle in flüssigen Medien und entlang von Oberflächen und ist auch an der Bildung von Biofilmen beteiligt. Ihre Arbeit hängt von einer äußerst präzisen Montage während der Entwicklung der Bakterien ab. Die allgemeine Struktur des Flagellums ist inzwischen recht gut beschrieben: Es besteht aus einem intrazellulären Rotationsmotor, der durch bewegte Ionen, an Membranen befestigte Ringsysteme, die sich im periplasmatischen Raum zwischen der inneren und äußeren Membran des Stabes befinden, betrieben wird durch einen Proteinhaken mit einer Fibrille verbunden, die für Bewegung sorgt.
Bakterielles Flagellum-Gerät
Der Flagellenschaft wird von zwei Strukturen gebildet: dem proximalen (etwa sieben Nanometer lang) von vier verschiedenen Proteinen und dem distalen (etwa 18 Nanometer lang) von etwa 50 Kopien des FlgG-Proteins. Sie werden in Richtung von der inneren zur äußeren Membran des Bakteriums aufgebaut. Gleichzeitig wurden die Mechanismen zur Kontrolle der Länge der Stange während der Montage - einer der Hauptparameter, die den normalen Betrieb der Geißel gewährleisten - noch nicht beschrieben.
Um dieses Problem zu verstehen, beobachteten Forscher der University of Utah, des Imperial College London und des California Institute of Technology beim Bakterium Salmonella enterica mit FlgG-Mutationen die Ansammlung von Stäbchen, was zu einer Zunahme seiner Länge auf etwa 60 Nanometer und damit nicht- senkrecht zu Membranen im periplasmatischen Raum und eingeschränkter Mobilität. Die Wissenschaftler interessierten sich insbesondere für die Rolle des LppA-Proteins, dessen Beteiligung am Prozess der Stäbchenmontage unbekannt war. Dieses Protein ist an einem Ende an der Innenfläche der äußeren Membran und am anderen Ende an der Petidoglycanschicht im periplasmatischen Raum befestigt und kann somit die Breite dieses Raums beeinflussen.
Bei Experimenten mit dem Abschalten des LppA-Gens wurde festgestellt, dass das Fehlen dieses Proteins die Mobilität gewöhnlicher Bakterien etwas verringert, sie jedoch in Mikroorganismen mit der mutierten Form von FlgG um das Zwei- bis Dreifache erhöht. Dies lag an der Tatsache, dass LppA die Breite des periplasmatischen Raums nicht einschränkte, was es dem verlängerten Stab ermöglichte, sich während des Zusammenbaus auseinander zu bewegen und parallel zu den Bakterienmembranen zu sein.
Beim Experimentieren mit modifizierten Salmonellen mit unterschiedlichen LppA-Längen haben Wissenschaftler herausgefunden, dass dieses Protein eine Schlüsselrolle bei der Regulierung des Lumens des periplasmatischen Raums spielt und dass die Anordnung (und damit die Länge) des Stäbchens durch die Größe dieses Lumens begrenzt ist. Somit erwies sich das Strukturprotein LppA als Regulator der Bildung des transmembranen Teils des Flagellums.
Stangenlänge im Vergleich zu LppA-Abmessungen
Da Flagellen die Beweglichkeit von Bakterien ermöglichen, kann das Verständnis ihrer Bildung und Funktionsweise helfen, Mittel zu finden, um Mikroorganismen zu immobilisieren und ihre Pathogenität zu reduzieren.
Bakterielle Flagellen sind nicht nur für Biologen interessant – sie dienen auch als Inspiration für die Macher mobiler Mikrobots. Zum Beispiel half die Untersuchung einzelliger Geißeln Schweizer Entwicklern, weiche Mikrobots mit programmierbarer Mobilität und Form zu entwickeln. Die Geräte sollen für minimalinvasive chirurgische Eingriffe eingesetzt werden.
