Der Mechanismus zum An- und Abschalten des Fortbewegungsapparats von Bakterien funktioniert wie die Kupplung eines Autos: Eine Eiweißverbindung an der Schnittstelle bestimmt, ob der Motor innerhalb der Zelle mit der korkenzieherähnlichen Antriebswelle verbunden ist oder nicht. Das haben amerikanische Wissenschaftler bei der Untersuchung der sogenannten Geißeln herausgefunden ? einem Komplex aus vielen Proteinen, der Bakterien als vollständige Antriebseinheit dient.
Die Entdeckung war ein Zufall, berichtet Daniel Kearns, der Leiter der Studie. Eigentlich wollten die Forscher herausfinden, warum sich Bakterien, die einsam umherwandern, plötzlich zusammenfinden und eine Struktur bilden, die als Biofilm bezeichnet wird. Diese Biofilme, bei denen sich die Bakterien zusammentun und gemeinsam mit einer schützenden Zuckerschicht umgeben, spielen häufig Schlüsselrollen bei hartnäckigen Infektionen. Die Stabilität des Biofilms kann durch hyperaktive Bakterien gefährdet werden, deren auch Flagellum genannte Geißeln sich stetig weiterbewegen.
Um zu verstehen, wie Bewegungssteuerung und die Biofilmbildung zusammenhängen, untersuchten die Wissenschaftler die Gene, die für beides verantwortlich sind. Für die Suche nach dem Bindeglied zwischen Motor und Antriebswelle ließen sie dabei ? versinnbildlicht gesprochen ? den Schwanz mit dem Hund wedeln: Sie befestigten das Ende des Flagellums an einer Glasscheibe und beobachteten, ob sich die Zellen bei Anwesenheit beziehungsweise bei Abwesenheit verschiedener Proteine bewegten. Dabei stießen sie auf ein Eiweiß namens EpsE. Wenn das EpsE-Gen in den Bakterien ausgeschaltet war, bewegten sich die Zellen ein Mal in fünf Sekunden. War das EpsE-Gen jedoch eingeschaltet, hörte die aktive Bewegung auf und die Zellen konnten sich nur noch passiv weiterdrehen. Dieses Protein ist also für die An- oder Abkupplung der Antriebswelle vom Motor verantwortlich, schließen die Forscher.
Die Erkenntnisse könnten einmal bei der Entwicklung neuer Medikamente helfen, die die Stabilität von Biofilmen direkt beeinflussen ? etwa indem sie das EpsE-Gen auf Dauerbetrieb stellen, so dass die Bakterien sich ständig bewegen und so keine festen Biofilme mehr bilden können. Die Ergebnisse geben zudem Nanotechnologen wichtige Anhaltspunkte, wie sich winzige Maschinen steuern lassen.
Daniel Kearns (Universität von Indiana in Bloomington) et al.: Science, Bd. 320, S. 1636 ddp/wissenschaft.de ? Uwe Thomanek
