Wehrhafte Bakterien

Mit Dolchstößen gegen Amöben

Forscher entdeckten bei einer Bakterienart winzige Dolche, mit denen sich die Bakterien wehren können, um nicht von Amöben aufgefressen zu wehren. Außerdem entschlüsselten die Wissenschaftler die dreidimensionale Struktur der Vorrichtung zum schnellen Ausfahren der Mikro-Dolche.

Ein Bündel Dolch-Ausstossapparate

Ein Bündel Dolch-Ausstossapparate im Innern eines Bakteriums. Grün in ihrer "geladenen" Form, rosa mit bereits ausgestossenem Dolch. | Leo Popovich

Bakterien müssen sich vor Amöben in Acht nehmen. Denn hungrige Amöben machen Jagd auf sie. Sie fangen die Bakterien mit ihren Scheinfüßchen, verleiben sie sich ein und verdauen sie schließlich. Allerdings gibt es auch Bakterien, die sich zu wehren wissen. Amoebophilus ist so eines. Forschende der Universität Wien haben es vor einigen Jahren entdeckt. Das Bakterium kann im Innern von Amöben überleben. Mehr noch: Es hat sich das Amöbeninnere sogar zu seinem bevorzugten Lebensraum gemacht.

Wissenschaftler der ETH Zürich fanden nun gemeinsam mit den Wiener Entdeckern des Bakteriums einen Mechanismus, von dem sie annehmen, dass er für das Überleben von Amoebophilus im Amöbeninnern zentral ist. Das Bakterium besitzt Mikro-Dolche und geeignete Ausfahrvorrichtungen. Mit den Dolchen kann es die Amöben von innen piesacken und dadurch dem Verdautwerden entkommen.

Befreiung aus dem Amöbenmagen

Die Ausfahrvorrichtung besteht aus einem Mantelrohr, das über eine Grundplatte und eine Verankerung innen an der Membran des Bakteriums befestigt ist. João Medeiros, Doktorand in der Gruppe von ETH-Professor Martin Pilhofer erklärt den Mechanismus: „Das Mantelrohr steht unter Federspannung, und in dessen Innern liegt der Mikro-Dolch. Zieht sich das Mantelrohr zusammen, wird der Dolch durch die Bakterienmembran extrem schnell nach außen gedrückt.“

Einverleibte Bakterien befinden sich in den Amöben in einem spezialisierten und von einer Membran umgebenen Verdauungskompartiment. „Unsere Forschungsresultate legen nahe, dass die Bakterien in der Lage sind, die Dolche in die Membran des Amöben-Verdauungskompartiments zu stoßen“, sagt Désirée Böck, ebenfalls Doktorandin in Pilhofers Gruppe und Erstautorin der veröffentlichten Arbeit. Dies führt dazu, dass das für die Bakterien unwirtliche Kompartiment zerfällt und die Bakterien freigibt. Außerhalb des Verdauungskompartiments, aber immer noch im Innern der Amöben, können die Bakterien prima überleben und sich sogar vermehren.

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Wie genau das Verdauungskompartiment zerstört wird, ist noch nicht bekannt. „Möglicherweise reißt die Hülle allein aus mechanischen Gründen“, sagt Pilhofer. Denkbar sei aber auch, dass die Dolche der Amoebophilus-Bakterien mit einer Art Pfeilgift – mit membranabbauenden Enzymen – imprägniert seien. Im Erbgut der Bakterien sind die Bauanleitungen für solche Enzyme vorhanden, wie Matthias Horn, Professor an der Universität Wien, und seine Mitarbeitenden zeigen konnten.

Präzisionsfräsen

Mit einer ganz neuen Methode, die erst von einer Handvoll Forschungslabors weltweit angewandt wird, darunter jenem von ETH-Professor Pilhofer, konnten die Wissenschaftler die dreidimensionale Struktur der Dolche und ihrer Ausfahrvorrichtungen hochauflösend ermitteln. Doktorandin Böck fror dazu Amöben mit einverleibten Bakterien bei minus 180 Grad Celsius ein.

Vergleichbar mit einem Paläontologen, der mit Hammer und Meißel Fossilien aus einem Stein freilegt, bearbeitete Doktorand Medeiros mit einem fein fokussierten Ionenstrahl (engl. focused ion beam) als „Nanomeißel“ die tiefgefrorenen Proben: In beeindruckender Präzisionsarbeit konnte er die Amöbe und einen Großteil des Bakteriums wegfräsen und so die molekularen Dolche und ihre Abschussvorrichtungen freilegen, um davon schließlich ein dreidimensionales Elektronentomogramm zu erstellen.