Quorum sensing - alexander

Werbung
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
Herunterladen
Explore flashcards