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Montag, den 20. Januar 2025 um 04:10 Uhr

Raffiniertes Warnsignal: Wie Bakterien auf Gefahren reagieren

Ein Forschungsteam der Universität Basel hat herausgefunden, dass Bakterien durch ein Warnsignal Gefahren wahrnehmen können, bevor sie direkt betroffen sind. Sie erkennen den Tod anderer Bakterien in ihrer Umgebung und bilden präventiv einen schützenden Biofilm. Das Verständnis der Kommunikation und Reaktion von Bakterien auf Bedrohungen ist entscheidend für die Bekämpfung von Infektionen. Bakterien stehen ständig unter Druck durch Abwehrzellen, Antibiotika und Phagen, haben jedoch im Laufe der Evolution verschiedene Strategien entwickelt, um sich zu schützen. Die Forschung zielt darauf ab zu klären, wie Bakterien Gefahren in ihrer Umwelt wahrnehmen und entsprechende Schutzmaßnahmen ergreifen.

Bruchstücke von Zellwand als Warnsignal

Forschende um Prof. Dr. Knut Drescher vom Biozentrum der Universität Basel haben entdeckt, dass Bruchstücke der Bakterien-Zellwand, bekannt als Peptidoglykane, als Warnsignal für Bakterien dienen, um auf Gefahren in ihrer Umgebung aufmerksam zu werden. "Diese Moleküle sind ein universelles Warnsignal, welches nicht nur Artgenossen, sondern auch artfremde Bakterien erkennen können", sagt Drescher. "Peptidoglykane werden freigesetzt, wenn Bakterien zum Beispiel durch Phagen zerstört oder durch Antibiotika abgetötet werden."

Schutzmechanismus ist die Bildung von Biofilmen

Die Bakterien reagieren auf dieses Warnsignal, indem sie ein Molekül namens c-di-GMP produzieren, das die Bildung von Biofilmen auslöst. Diese Biofilme sind dreidimensionale Gebilde, in denen Bakterien eingebettet in einer schleimigen Matrix zusammenleben. "Bei Vibrio cholerae, dem Erreger der Cholera, genügt bereits ein kurzer Kontakt mit den Zellwandfragmenten, um die Biofilmbildung in Gang zu setzen", so Sanika Vaidya, Erstautorin der Studie. Innerhalb des Biofilms sind die Bakterien sowohl vor Angriffen durch Phagen und Abwehrzellen, als auch vor Antibiotika geschützt.

Warnung über Artgrenzen hinweg als Überlebensstrategie

Dieses Verhalten wurde jedoch nicht nur bei dem Cholera-Erreger beobachtet, sondern auch bei anderen gefährlichen, zum Teil multiresistenten Krankheitserregern wie Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis und Staphylococcus aureus. Dass Bakterien artübergreifend auf das gleiche Warnsignal reagieren, deutet auf eine universelle Überlebensstrategie hin. "Interessanterweise erkennen auch menschliche Immunzellen die Peptidoglykan-Fragmente als Signal für eine Infektion", erklärt Drescher. "Es gibt also erstaunliche Parallelen zwischen den Abwehrmechanismen von Bakterien und Menschen."

Eine praktische Relevanz: Biofilme verhindern

Die universelle Überlebensstrategie von Bakterien könnte erklären, warum Biofilme in verschiedenen Umgebungen, von natürlichen Ökosystemen bis zu menschlichen Infektionen, eine bedeutende Rolle spielen. Die Forschung wirft jedoch neue Fragen auf: Aktivieren die Zellwandfragmente neben der Biofilmbildung auch andere Schutzmechanismen? Und wie können diese Erkenntnisse genutzt werden, um Krankheitserreger, die Biofilme bilden, effektiver zu bekämpfen?


Den Artikel finden Sie unter:

https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Raffiniertes-Fruehwarnsystem-Wie-Bakterien-auf-Gefahren-reagieren.html

Quelle: Universität Basel (01/2025)


Publikation:
Sanika Vaidya, Dibya Saha, Daniel K. H. Rode, Gabriel Torrens, Mads F. Hansen, Praveen K. Singh, Eric Jelli, Kazuki Nosho, Hannah Jeckel, Stephan Göttig, Felipe Cava & Knut Drescher.
Bacteria use exogenous peptidoglycan as a danger signal to trigger biofilm formation.
Nature Microbiology (2025), doi: 10.1038/s41564-024-01886-5
https://doi.org/10.1038/s41564-024-01886-5

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