Auch Bakterien erkennen Veränderungen in ihrer Umwelt und reagieren darauf. Vergleichbar mit den Geruchsorganen von Mensch und Tier, besitzen sie Sensoren, mit denen sie Nährstoffe wahrnehmen können. Warum diese Sensoren nicht über die gesamte Zelloberfläche verteilt, sondern an einem Zellende konzentriert sind, war bisher ein Rätsel. Jetzt haben Wissenschaftler der University of Utah herausgefunden, dass diese Anordnung die Empfindlichkeit der bakteriellen Nasen erhöht und die Weiterleitung eines Signals an die Geißeln ermöglicht. Daraus resultiert eine gezielte Bewegung des Bakteriums zur Nahrungsquelle. Das berichten die Forscher in der Online Ausgabe des Fachjournals Proceedings of the National Academy of Sciences.
Das Bakterium E. coli besitzt verschiedene, auch Chemorezeptoren genannte Sensoren in der Zellhülle. Die Bindung eines passenden Nährstoffmoleküls am nach außen ragenden Teil des Rezeptors, erzeugt ein Signal im Zellinnern, das bis zum Bewegungsapparat, den Geißeln, weitergeleitet wird und deren Drehrichtung beeinflusst. John Parkinson und seine Mitarbeiter untersuchten zwei Sensoren für die Aminosäuren Serin und Asparaginsäure. Sie fanden heraus, dass diese immer in Gruppen aus drei gleichen Molekülen gebündelt waren.
Das bewirkt, dass bei Aktivierung eines Moleküls auch die beiden anderen des gleichen “Teams” aktiviert werden. Die so erzielte Signalverstärkung auf das Dreifache würde aber nicht ausreichen. Daher, so die Autoren, müssten zahlreiche Dreierteams miteinander in Verbindung stehen, um das Signal weiter zu vervielfachen. Das wäre die Erklärung dafür, dass sämtliche Sensoren an einer Stelle konzentriert sind. Mutierte Bakterien, deren Serin-Rezeptoren verändert und über die gesamte Zellhülle verteilt waren, konnten sich nicht mehr auf eine Serinquelle zubewegen. Überraschenderweise war bei diesen Mutanten auch die Reaktion auf Asparaginsäure gestört. Offenbar sind auch verschiedene Rezeptortypen auf die Zusammenarbeit im Team angewiesen.
Diese Ergebnisse seien möglicherweise auch für andere bewegliche Zellen wie Spermien und Immunzellen von Bedeutung, sagt Parkinson. E. coli sei das einfachste Beispiel dafür, wie Zellen ihre Umwelt wahrnehmen und darauf reagieren. “Wenn wir ein Bakterium nicht verstehen”, so Parkinson, “wie können wir dann hoffen, etwas so Kompliziertes wie unsere eigenen Zellen zu verstehen?”
Joachim Czichos
