Wie Bakterien mit Speer-Kanonen feuern

Image
Die neu entdeckte Injektions-​Nanomaschine von Blaualgen sitzt an einem aussergewöhnlichen Ort, und zwar in der Thylakoidmembran (grün). (Grafik: aus Weiss G., et al, Nature Microbiology 2022)

Biologinnen und Biologen der ETH Zürich haben in zwei Bakterienarten speerähnliche molekulare Injektionssysteme entdeckt und erstmals deren Struktur beschrieben. Die Nanomaschinen dienen den Mikroben für die Wechselwirkung unter Zellen und könnten dereinst als Werkzeuge in der Biomedizin nützlich sein.

Viele Bakterien besitzen ausgeklügelte molekulare Injektionsapparate, mit denen sie teils wunderliche Dinge bewerkstelligen. Über eine solche aus Proteinen zusammengesetzte Nanomaschine etwa impft ein Bakterium einer Wurmlarve bestimmte Moleküle ein, was die Verwandlung der Larve in einen ausgewachsenen Wurm auslöst. Andere Bakterien töten mit solchen molekularen Waffen fremde Bakterienstämme oder Insektenlarven ab, oder sie verteidigen sich gegen Fresszellen.

Forscherinnen und Forscher der Gruppe von Martin Pilhofer, Professor am Institut für Molekularbiologie und Biophysik an der ETH Zürich, der sich auf solche molekularen Injektionsmaschinen spezialisiert hat, haben soeben in der Fachzeitschrift «Nature Microbiology» zwei neuartige Injektionssysteme beschrieben: eines aus Cyanobakterien, auch als Blaualgen bezeichnet, und eines aus dem Meeresbakterium Algoriphagus machipongonensis.

Die neu entdeckten sogenannten kontraktilen Injektionssysteme (CIS, von engl. contractile injection systems) funktionieren grundsätzlich anders als zuvor beschriebene und besitzen ein paar einzigartige Merkmale. Dadurch geben sie auch Aufschluss über die evolutionären Unterschiede zwischen verschiedenen Injektionssystem-​Klassen.

Solch kontraktile Injektionssysteme funktionieren wie molekulare Spritzen. Zieht sich das äussere Hüllenmodul der Nanomaschine zusammen, wird eine in ihr verborgene Röhre herausgeschossen, die mit Proteinen beladen ist. Diese werden entweder in die Umgebung oder direkt in eine Zielzelle eingespritzt.

ETH News

Silvie Cuperus

News