Quorum sensing - alexander
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Medizinische Mikrobiologie Mikrobiologi Quorum sensing Bakteriologie Quorum sensing: Was ist das? Der Begriff Quorum sensing beschreibt die Fähigkeit von Bakterien,, untereinander mit Hilfe bestimmter Signalmoleküle, die so genannter Autoinducer (AI) zu kommunizieren. Über diese AI-Moleküle AI Moleküle sind Bakterien in der Lage die Expression diverser Gene in Abhängigkeit der Zelldichte zu regulieren. Autoinducer werden von den Zellen kontinuierlich produziert und in das sie umgebende Medium sezerniert. Die Amphiphilie der Signalmoleküle erlaubt eine gute Penetration der Zellmembranen. Generell steigt die Konzentration der Autoinducer in Abhängigkeit von der Populationsdichte der Bakterien. Bei einer hohen Zelldichte und der damit verbundenen hohen Konzentration der AI-Moleküle Moleküle binden diese an die in den Zellen ebenfalls exprimierten Rezeptorproteine. Diese Autoinducer-Rezeptorprotein-Komplexe interagieren mit spezifischen DNADNA Promotorregionen und kontrollieren auf diesem Weg die Expression und Transkription von Virulenz-Determinanten. Die Anhäufung des niedermolekularen Autoinduktors (= Pheromons) erlaubt es der Bakterienpopulation herauszufinden, wann eine kritische Zelldichte (= Quorum), die für das Überleben in einem Wirt notwendig ist, erreicht wird. Autoinducer-Moleküle Sowohl grampositive als auch gramnegative negative Bakterien besitzen Quorum-SensingQuorum Kommunikationssysteme, um verschiedene physiologische Aktivitäten zur regulieren. Diese Prozesse schließen Symbiose, Virulenz, Konjugation, Antibiotika-Produktion, Antibiotika Motilität, Sporulation und Biofilmbildung ein. Gramnegative Bakterien nutzen vor allem Autoinducer-1 (AI-1) als N-acylierte acylierte Homoserinlactone (AHLs), (AHLs) grampositive Bakterien verwenden prozessierte te Oligopeptide als Autoinducer. Zusätzlich existiert ein weiteres speziesübergreifendes Quorum uorum-Sensing-System, das Autoinducer-2 (AI-2) -System, mit Furanosylborat als Signalmolekül. Es wurde sowohl in grampositiven als auch gramnegativen negativen Bakterien detektiert. detektiert Bei enterohämorrhagischen Escherichia coli-Stämmen Stämmen (EHEC) wurde ein weiteres Autoinducer-Molekül isoliert, welches als Autoinducer-3-Molekül (AI-3) 3) bezeichnet wird. AI-3 aktiviert dort VirulenzGene sowie Flagellen- und Motilitätsgene.. Seine genaue Struktur ist bislang unbekannt. Abb.1: b.1: Allgemeine Struktur von AHLs Merke: Biofilme bestehen aus einer dünnen schleimartigen Matrixschicht, die entlang von Grenzflächen entstehen und von Mikroorganismen besiedelt sind,, welche extrazelluläre polymere Stoffe ausscheiden, die mit Wasser Hydrogele Hyd bilden. Biolumineszenz von Vibrio fischeri Abb.2: LuxRI-System von Vibrio fischeri ensing wurde erstmals vor über 30 Jahren bei Quorum sensing dem gramnegativen marinen Bakterium Vibrio fischeri entdeckt, bei dem die Biolumineszenz über Quorum sensing reguliert wird. Freilebende Zellen außerhalb der Leuchtorgane ihrer Symbionten (Kalmare, Heringe) leuchten nicht. Während des Wachstums von Vibrio fischeri wird das AHL-Signalmolekül Signalmolekül N-3-Oxo-Hexanoyl-LN Homoserinlacton (3-Oxo-C6 C6-HSL) über das LuxI-Protein konstitutiv in geringen Mengen synthetisiert. Bei niedriger Zelldichte wird das Molekül ins Medium abgegeben, um einen Konzentrationsausgleich zu erreichen, diffundiert daher nicht in größeren Mengen in die Zelle zurück. zurück Bei hoher Zelldichte in den Leuchtorganen der Symbionten wird hingegen viel 3-Oxo--C6-HSL von den Zellen ins Medium abgegeben und diffundiert in die Zellen zurück und bindet an seinem Rezeptorprotein LuxR. Dieser LuxRLuxR 3-Oxo-C6-HSL-Komplex bindet an der sogenannten so luxBox, die in der LuxI-Promotorregion Promotorregion lokalisiert ist und die Transkription des Lux-Operons Operons aktiviert. Auf diesem Weg wird die Expression des Biolumineszenz-kodierender Gene angestoßen. Merke: Die Biolumineszenz ist eine Form der Lumineszenz und beschreibt die Fähigkeit von Organismen selbst oder mit Hilfe von Symbionten Licht zu erzeugen. Bei Vibrio fischeri katalysiert Luciferase die Oxidation von Luciferin zu Oxyluciferin. Quorum quenching Beim Quorum quenching wirken die Autoinducer inaktivierend. Sie lagern sich als Antagonisten kompetetiv an Rezeptorbindestellen an, sodass andere Moleküle Rezeptoren nicht mehr aktivieren bzw. ihre eigene Aktivität erniedrigt wird. Die Autoinducer können aber auch die Wahrscheinlichkeit der Bindung an Promotorstellen erniedrigen oder an Enzyme/Proteine binden und dadurch diese inaktivieren. inaktivieren © Oktober 2009 200 by Alexander Jörk Friedrich--Schiller-Universität Jena 1
