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Lexikon der Biologie: Quorum sensing

Quorum sensing, Quorumgespür, Quorumabfrage, ein bakterieller Kommunikationsprozeß von Zelle zu Zelle (Zellkommunikation), der von der Zelldichte abhängig ist, d.h. nur dann wirksam wird, wenn die Konzentration bestimmter, von den Bakterien abgegebener Signalmoleküle (Autinduktoren) einen Schwellenwert im Medium überschreitet. Die Signalmoleküle lösen einen genetischen Regulationsprozeß aus, durch den spezifische Gene exprimiert werden (Genexpression). Dieser Regulationsprozeß ist bereits bei über 70 Bakterien nachgewiesen worden. Signalmoleküle gramnegativer Bakterien sind Acyl-Homoserin-Lactone (HSL). In grampositiven Bakterien ist ein extrazelluläres Peptid-Pheromon für die Verständigung der Zellen untereinander verantwortlich. Auch bei einer geringen Zelldichte werden die Signalmoleküle ausgeschieden. Aber erst, wenn sie sich bei hoher Zelldichte in hoher Konzentration im umgebenden Medium und in den Zellen anreichern, werden sie an einen intrazellulären Akzeptor gebunden, der dadurch aktiviert wird und so die Expression verschiedener, spezifischer Gene auslöst. Quorum sensing ist ein regulatorisches System, das bei vielen Bakterien für eine Reihe von Synthesen mit verantwortlich ist. Es ist u.a. an folgenden Reaktionen beteiligt: Synthese von Virulenzfaktoren (z.B. Burkholderia cepacia), Bildung von widerstandsfähigen Biofilmen, z.B. in der Lunge (Pseudomonas aeruginosa; Pseudomonas), Kompetenz-Entwicklung zur DNA-Aufnahme (z.B. Bacillus subtilis), Plasmid-abhängige Konjugation und genetische Transformation (z.B. Agrobacterium tumefaciens), Produktion von antimikrobiellen Peptiden (Milchsäurebakterien), Fruchtkörperbildung bei Myxobakterien, Emission von Licht (Vibrio fischeri; Vibrio), Sporulationszyklus (z.B. Bacillus subtilis), Infektion von Pflanzen oder anderen Eukaryoten. Die Autinduktion durch Quorum sensing wurde zuerst bei der Biolumineszenz von Leuchtbakterien (Vibrio fischeri) entdeckt (1968 vorgetragen). Die als Symbionten in Leuchtorganen (Leuchtsymbiose) von marinen Fischen und Kopffüßern lebenden Bakterien beginnen erst dann mit einem Leuchten, wenn eine bestimmte Zellzahl (ca. 1010 Zellen/ml) erreicht und damit die Konzentration der Signalmoleküle einen bestimmten Schwellenwert überschritten hat. In den Zellen aktivieren die Signalmoleküle dann das LuxR-Protein, das dadurch die Expression der Lumineszenz-Gene (Lumineszenz) und die Bildung der Luciferase für die Lichtaussendung in Gang setzen kann.

G.S.

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