Eine Frage der Enge – nicht der Menge - Wiley-VCH

Nr. 25/2009
Eine Frage der Enge – nicht der Menge
Einzelne Bakterienzellen sind zu Quorum
Sensing in der Lage, wenn sie in kleine
Volumina eingeschlossen werden
Infektionen von Wunden, aber auch Lungenentzündungen
werden besonders in Krankenhäusern oft von dem Keim
Pseudomonas aeruginosa hervorgerufen. Ab einer bestimmten
Bakteriendichte produzieren Kolonien dieses Keims Virulenzfaktoren und können in einen schleimigen Zustand übergehen,
einen Biofilm, der das Eindringen von Antibiotika verhindert.
Der Prozess, mit dessen Hilfe Zellen die Zelldichte „spüren“,
bezeichnet man als „Quorum Sensing“. Er wird ausgelöst, wenn
die Konzentration bestimmter, von den Bakterien abgesonderter Signalstoffe einen Schwellenwert übersteigt. Ein Team von
der University of Chicago um Rustem F. Ismagilov konnte nun
zeigen, dass die absolute Menge an Zellen dabei unerheblich ist,
einzig ihre Anzahl pro Volumeneinheit spielt eine Rolle. Wie
das Team in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet, konnten die Forscher sogar Quorum-Sensing-Vorgänge bei einzelnen Zellen auslösen, wenn diese in extrem kleinen Volumina
eingeschlossen waren.
Der Begriff Quorum Sensing leitet sich ab vom lateinischen
quorum, in der Politik ist dies die Anzahl Stimmen, die erreicht
sein muss, damit eine Wahl oder Abstimmung Gültigkeit hat.
In der Biologie ist Quorum Sensing als Prozess definiert, durch
den Zellen in der Lage sind, die Anreicherung eines Singalstoffs
festzustellen und bei Überschreiben eines Schwellenwertes ihr
Verhalten zu ändern. Herkömmlicherweise wird angenommen,
dass Quorum Sensing Mikroorganismen dabei hilft, Prozesse zu
koordinieren, die bei einzelnen Zellen ineffizient wären, wie die
Bildung von Biofilmen, oder zu verhindern, dass zu viele Bakterien einen zu kleinen Raum besiedeln. Die Arbeiten von Ismagilovs Team zeigen nun aber, dass Quorum Sensing auch durch
eine einzelne Zelle ausgelöst werden kann, wenn diese in einem
extrem engen Raum eingeschlossen
ist.
-1Angewandte Chemie ist eine Wiley-VCH-Publikation / is a publication of Wiley-VCH.
Sitz der Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA / Location of company: Weinheim.
Vorsitzender des Aufsichtsrats: John Herbert Jarvis
Handelsregister/Trade Register: Mannheim Abt. B, Nr. 2833 W USt.-Id. Nr. DE 813481633
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Persönlich haftender Gesellschafter: John Wiley & Sons GmbH, Sitz: Weinheim
Amtsgericht Mannheim, Abt. B, Nr. 2296 W, Geschäftsführer: William Pesce
Um Quorum Sensing zu erforschen, kann man zwei verschiedene Ansätze verfolgen: Erstens kann man ein
makroskopisches Volumen mit Bakterien versetzen und warten,
bis sie durch Zellteilung die notwendige Population erreichen.
Zweitens kann man wenige Zellen in ein extrem winziges Volumen einschließen. Da sie nicht von der Zelle wegdiffundieren
können, reichern sich abgesonderte Signalstoffe um die Zelle
herum an. „Bisher wurde fast immer nach der ersten Strategie
vorgegangen. So hat sich die allgemeine Ansicht etabliert, dass
es sich beim Quorum Sensing um einen Prozess handelt, der das
kollektive Verhalten von großen Zellzahlen koordiniert,“ sagt
Ismagilov. „Was dabei oft übersehen wird: Auch kleine Gruppen von Bakterien könnten Quorum Sensing auslösen, wenn sie
in einem kleinen Volumen eingeschlossen sind. Die QuorumSensing-Stoffwechselwege sind für eine ganze Reihe zellulärer
Funktionen relevant, wie das Wachstum kleiner Zellzahlen beim
Beginn der Biofilmbildung oder anfänglichen Stadien einer Infektion.“
Mit einer mikrofluidischen Versuchsanordnung gelang es dem
Team, Tröpfchen mit einem Volumen von etwa 100 Femtolitern
(100 Billiardstel Liter) abzutrennen, die jeweils eine einzelne
oder einige wenige Zellen Pseudomonas aeruginosa enthielten. Auch bei diesen extrem kleinen Zellzahlen beobachteten
die Forscher in vielen Fällen, dass Quorum Sensing ausgelöst
wurde. „Dies widerlegt eindeutig die Vorstellung, dass dafür
Millionen von Zellen notwendig sind,“ so Ismagilov.
(3448 Anschläge)
Rustem F. Ismagilov, University of Chicago (USA)
http://ismagilovlab.uchicago.edu/index.html
Microfluidic Confinement of Single Cells of Bacteria in Small Volumes
Initiates High-Density Behavior of Quorum Sensing and Growth and Reveals
Its Variability
Angewandte Chemie, Band 121, Heft 32
doi: 10.1002/ange.200901550
Abdruck honorarfrei, über ein Belegexemplar würden wir uns
freuen. Die Originalbeiträge zu unseren Presseinformationen
und die graphischen Inhaltsverzeichnisse der kommenden Hefte
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