Anatomie einer Kampfmaschine

News: Anatomie einer Kampfmaschine

Er sieht aus wie eine Mondlandefähre, doch der Bakteriophage T4 gleicht eher einer Kampfmaschine mit nur einem Auftrag: sich selbst zu vermehren und den Gegner dabei zu vernichten. Sobald er sich auf seinem Opfer, dem Bakterium Escherichia coli, festgesetzt hat, spritzt er seine DNA in die Bakterienzelle und veranlasst diese, tausende neue Phagen herzustellen. Wichtig hierfür ist seine Basisplatte, mit der er sich festkrallt und die Zelloberfläche durchlöchert. Und dessen Struktur haben Wissenschaftler jetzt aufgeklärt.

Andreas Jahn

Für Molekularbiologen stellt das Darmbakterium Escherichia coli ein bewährtes "Haustier" dar. Und auch sein Virus, der Bakteriophage T4, erwies sich in der Mitte des letzten Jahrhunderts als hervorragendes Modellsystem zum Studium molekularer Genetik. Doch erst das Elektronenmikroskop ließ erahnen, mit welchem eleganten Design dieser Phage aufgebaut ist.

Viren, und damit auch Bakteriophagen, bestehen schlicht aus einem Nucleinsäurestrang, der in einer Proteinhülle verpackt ist. So auch beim Phagen T4, doch seine hochkomplexe, dabei nur wenige hundert Nanometer große Struktur erinnert äußerlich eher an eine Mondlandefähre. Der DNA-Strang ist in einem ikosaedrischen Kopf verpackt, der auf einem Schwanz mit einer kontraktilen Scheide sitzt. Am unteren Ende des Schwanzes befindet sich eine Basisplatte mit sechs langen und sechs kurzen Schwanzfibern.

Die genaue Struktur des Phagen haben jetzt Shuji Kanamaru von der Purdue University zusammen mit seinen Kollegen aus den USA, Russland und Japan durch Röntgenstrukturanalyse ermittelt. Hierbei zeigte sich, das die Basisplatte des Phagen nicht, wie bisher angenommen, flach, sondern eher kuppelförmig ist.

Und diese Basisplatte scheint eine Art "Nervenzentrum" des Phagen zu sein, die den Ablauf der Infektion steuert: Sobald ihre langen Schwanzfibern Kontakt mit der Oberfläche einer Bakterienzelle aufgenommen haben, senkt die Platte sich ab und hakt sich mit den kurzen Schwanzfibern fest. Enzymatisch schneidet sie dann ein Loch in die Zellmembran, während sich die Scheide des Schwanzes zusammenzieht und so die Phagen-DNA in die Bakterienzelle injiziert. Die DNA stellt den bakteriellen Stoffwechsel daraufhin völlig um, E. coli baut jetzt tausende neuer Phagen, platzt schließlich und lässt die Phagen frei, die sich daraufhin auf neue Opfer stürzen können.