Bakterien mit beschränkter Haftung

News: Bakterien mit beschränkter Haftung

Wann immer Bakterien "festen Boden" spüren, geben sie nur zu bereitwillig ihr Einzelgängertum auf, um sich in riesigen, zusammenhängenden Biofilmen zu organisieren und die Unterlage - egal ob Zähne, Schiffsböden oder Prothesen - zu überwachsen. Der Mechanismus, mit dem sie die Feststoffe erkennen und sich dort anklammern, ist nun entdeckt und könnte neue Wege zur Bekämpfung der schlüpfrigen Filme bereitstellen.

Dagmar Knopf

Wenn sich Bakterien in einem Biofilm zusammenschließen, steigt beispielsweise ihre Widerstandskraft gegenüber Antibiotika, womit sie freischwebenden Mikroorganismen gegenüber deutlich überlegen sind. Kein Wunder, dass sie mit Vorliebe eine feste Oberfläche als Kolonie besiedeln. Dabei sind sie nicht besonders anspruchsvoll: Zähne dienen ebenso als Unterlage wie Prothesen, Pipelines, Klimaanlagen oder Schiffsrümpfe.

Doch wie merkt ein Bakterium, ob es zufällig an einen anderen freischwimmenden Verwandten oder vielleicht an einen geeigneten Festkörper gestoßen ist? Die Antwort ist recht erstaunlich: Es hat einen Tastsinn. Dass auch winzige Mikroorganismen unterscheiden können, was sie "anfassen", haben Karen Otto und Thomas Silhavy von der Princeton University nun aufgedeckt. Sie hatten einige Gene in Verdacht, am Tastmechanismus der Einzeller beteiligt zu sein. Also entwickelten die Molekularbiologen einen Bakterienstamm, bei dem diese Gene einen leicht zu verfolgenden Marker trugen. Er meldete sofort, wenn die Organismen diese Gene anschalteten.

Umgeben von etlichen winzigen Glaskugeln, starteten die Bakterien ihren Anheftungsprozess und stellten ihren Tastmechanismus an. Der Marker führte die Forscher zu den dahinter agierenden Genen. Anschließend veränderten Otto und Silhavy die Bakterien so, dass ihnen die Gene für den Tastsinn fehlen. "Wenn wir diese Gene mutierten, hafteten die Bakterien nicht so gut und wenn sie es taten, befestigten sie sich auf eine andere Art und Weise", sagte Silhavy.

Nun konnten sie auch klären, aus welchen Komponenten der bakterielle Tastsinn besteht. Offenbar handelt es sich um ein spezielles Protein auf der Zelloberfläche, das die Bildung des Biofilms initiiert, und ein Rezeptorsystem aus zwei Proteinen, welches das Signal ins Zellinnere weiterleitet.

Wie sehr sich die genetisch veränderten Bakterien ohne Tastsinn von ihren unveränderten Artgenossen unterschieden, zeigte sich durch Verwendung eines sehr empfindlichen Kristalls. Der vibrierende Quarz konnte nicht nur messen, wieviele Bakterien auf ihm Platz genommen hatten, sondern auch, wie fest die Bindung an seine Oberfläche war. Hier zeigte sich, dass die mutierten Winzlinge mehr tot als lebendig waren; zumindest was ihr Bindeverhalten betrifft. "In der Tat ähnelten sie sehr toten Zellen", beschreibt Silhavy das Zellverhalten. Der nächste Schritt soll die Reaktionskaskade weiter aufschlüsseln und preisgeben, welche Mechanismen nach dem Berührungsreiz stattfinden. Vielleicht finden sich dabei auch Anknüpfungspunkte, schädlichen Biofilmbesatz zukünftig zu verhindern.