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Biologie: Eine neue Waffe gegen Biofilme?

Pheromone des Fadenwurms <i>C. elegans</i> in PetrischaleLaden...
Belag auf Zähnen, Schleim an Wasserhähnen und im Inneren von Rohrleitungen bis hin zu hartnäckigen Schichten auf medizinischen Geräten und Implantaten: Biofilme sind überall. Die unter einem Schutzschirm aus Schleim verborgenen Bakteriengemeinschaften haben sich in den letzten Jahren als hochkomplexe Organisationen entpuppt, deren Mitglieder intensiv untereinander kommunizieren. Doch trotz ihrer berüchtigten Widerstandsfähigkeit tragen Biofilme von Anfang an den Keim ihrer eigenen Zerstörung in sich. Wissenschaftler von der Harvard University in Cambridge haben jetzt gezeigt, dass ungewöhnliche Aminosäuren die Bakteriengemeinschaften auflösen.

Obwohl den Filmen dank ihrer schleimigen Hülle aus Polysacchariden und Proteinen oft weder mit Reinigungsmitteln noch mit Antibiotika beizukommen ist, haben sie eine begrenzte Lebensdauer. Die Nahrungsressourcen nehmen ab, Abfallprodukte sammeln sich an, und irgendwann beschließen alle Bakterien auf einmal, ihr Glück auf eigene Faust zu versuchen.

Welches Signal dafür verantwortlich ist, untersuchten Richard Losick und sein Team am weit verbreiteten Bodenbakterium Bacillus subtilis. Die stäbchenförmige Mikrobe bildete im Nährmedium kleine Pellets, die nach etwa einer Woche wieder zerfielen. Wie die Forscher entdeckten, löst ein Extrakt, das nach dieser Zeit aus einem besiedelten Nährmedium gewonnen wurde, Biofilme anderer Kolonien sofort auf. Als wirksamen Faktor identifizierten Losick und Kollegen vier Aminosäuren: D-Leucin, D-Methionin, D-Tyrosin und D-Tryptophan.

Diese Verbindungen verhalten sich zu den proteinbildenden Aminosäuren L-Leucin, L-Methionin, L-Tyrosin und L-Tryptophan wie Bild und Spiegelbild und werden aus ihnen durch spezielle Enzyme in kleinen Mengen produziert. Allerdings wirken sie nicht als Signalstoffe, sondern indem sie den Zusammenhalt des Biofilms stören. Sie ersetzen in den Zellwänden nach und nach die natürlicherweise dort eingebaute Aminosäure D-Alanin. An dieser docken nach den Ergebnissen der Forscher die Proteinfasern an, die die Mikroben im Biofilm verankern. Ist sie jedoch durch eine der anderen D-Aminosäuren ersetzt, löst sich das Netzwerk auf und der Biofilm zerfällt.

Ihre Wirkung entfalten die Aminosäuren schon in sehr geringen Mengen. Eine Kombination aller vier wirkt bereits bei Konzentrationen von wenigen Nanomol pro Liter. Weitere Experimente demonstrieren zudem, dass der Trick auch bei den gefährlichen Erregern Staphylococcus aureus und Pseudomonas aeruginosa funktioniert. Tatsächlich produzieren sehr viele Biofilme bildende Bakterien D-Aminosäuren, und die Forscher hoffen, damit einen universellen Schalter entdeckt zu haben, mit dem in Zukunft gefährliche Biofilme einfach aufgelöst werden können. (lf)
17. KW 2010

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 17. KW 2010

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  • Quellen
Losick, R. et al.: D-Amino Acids Trigger Biofilm Disassembly. In Science 328, S. 627 – 629, 2010.

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