Bakterien optimieren ihr Schwimmverhalten
Bakterien sind wenige Mikrometer gro?e einzellige Organismen, die sich durch Rotation eines propeller?hnlichen Fortsatzes, des Flagellums, in flüssiger Umgebung gerichtet fortbewegen k?nnen. Diese F?higkeit, sich fortzubewegen, ist von gro?er Wichtigkeit für viele krankheitsverursachende Bakterien, wie zum Beispiel Salmonellen. Das Fortbewegungsorganell der Bakterien ist hierbei eine erstaunlich komplexe, aus tausenden Bausteinen bestehende, makromolekulare Struktur von mehreren Mikrometern L?nge.
Interessanterweise k?nnen Bakterien die Teilstrukturen ihrer Flagellen pr?zise im Nanoma?stab messen. Im Besonderen ist die L?nge eines extrazellul?ren Bindestücks, des Hakens, auf 55 Nanometer festgelegt. Bakterien verwenden für diese pr?zise L?ngenmessung ein ?molekulares Ma?stabsprotein‘, welches die L?nge der Hakenstruktur w?hrend des Aufbaus von Flagellen bestimmt. Warum jedoch die genau festgelegte L?nge der Hakenstruktur für die Funktion von Flagellen wichtig ist, war bislang unklar.
Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Salmonellenbakteriums mit
langen Forts?tzen, den Flagellen. Foto: Prof. Dr. Manfred Rhode,
Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, Braunschweig.?
Jetzt fanden Forscher der Humboldt-Universit?t zu Berlin (HU), zusammen mit nationalen und internationalen Kolleginnen und Kollegen des Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig, dem Braunschweiger Zentrum für Systembiologie, der University of Edinburgh, der Université de Fribourg und der Michigan State University, dass eine optimale L?nge der Hakenstruktur von entscheidender Bedeutung für eine effiziente Fortbewegung von Salmonellen ist.
Hierbei analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Schwimmverhalten von genetisch ver?nderten Bakterien mit unterschiedlichen Hakenl?ngen in verschiedenen Umgebungen und konnten zeigen, dass sich Salmonellen in flüssiger Umgebung am effizientesten fortbewegen, wenn die Hakenstruktur eine L?nge im Bereich von 55 Nanometer aufweist.
Diese Ergebnisse sind ein faszinierendes Beispiel dafür, warum sich das Fortbewegungsorganell von Bakterien durch konstante Evolution zu der heutigen komplexen, makromolekularen Struktur entwickelt hat. Die Schlussfolgerungen, die die Forscherinnen und Forscher aus der Struktur des Fortbewegungsorganells zum Schwimmverhalten von Bakterien ziehen, k?nnten zudem eine wichtige Rolle für die zukünftige Entwicklung von schwimmenden Robotern im Mikrometerma?stab spielen.
Die vollst?ndige Studie ist unter dem Titel ?Hook-length of the bacterial flagellum is optimized for maximal stability of the flagellar bundle“ in der Fachzeitschrift PLoS Biologyerschienen.
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Publikation
I. Sp?ring, V.A. Martinez, C. Hotz, J. Schwarz-Linek, K. L. Grady, J. M. Nava-Sede?o, T. Vissers, H. M. Singer, M. Rohde, C. Bourquin, H. Hatzikirou, W. C. K. Poon, Y. S. Dufour, M. Erhardt. (2018) Hook length of the bacterial flagellum is optimized for maximal stability of the flagellar bundle. PLoS Biology 16(9).
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Prof. Dr. Marc Erhardt
Institut für Biologie
Tel.: 030 2093-49780
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Hans-Christoph Keller
Sprecher der Humboldt-Universit?t zu Berlin
Tel.: 030 2093-2332