Direkt zum Inhalt

News: "Laßt uns schleimen"

Entgegen der weitläufig anzutreffenden Meinung sind Bakterien durchaus nicht immer Einzelgänger. Viele Arten bilden mattenförmige Kolonien aus, die zusätzlichen Schutz vor Antibiotika und anderen Medikamenten und Chemikalien bieten. Die Entdeckung der Signale, mit denen die Ausbildung dieses Biofilmes beginnt, könnte Technikern und Medizinern gleicherweise helfen, Herr über das Treiben der Mikroorganismen zu werden.
Wenn Sie schon mal auf glitschigen Steinen in einem Bach ausgerutscht sind, dann haben Sie bereits Bekanntschaft gemacht mit den bakteriellen Biofilmen. Sie entstehen, wenn eine einzeln umherschwimmende Zelle auf eine Oberfläche trifft – das kann zum Beispiel ein Stein, ein Zahn oder die Wandung eines Blutgefäßes sein – und es schafft, sich dort festzusetzen. Zunächst wird sich das Bakterium vermehren, und die Nachkommenschaft breitet sich in der Umgebung aus. Sobald aber eine bestimmte Bevölkerungsdichte erreicht ist, errichten die Organismen die komplexe Struktur des Biofilmes, in dem es Wasserkanälchen gibt, durch die Nährstoffe und Abfallprodukte aufgenommen bzw. abtransportiert werden können. Zudem bietet ihnen die Struktur Schutz gegen Antibiotika und Angriffe des Immunsystems, denen einzelne Zellen erliegen würden.

Seit Jahren suchten Wissenschaftler nach dem Signal, das die Bakterien veranlaßt, mit dem energetisch aufwendigen Bau des Filmes zu beginnen. Schließlich gelang es einem Team von Mikrobiologen, die ersten Vokabeln der chemischen Sprache zu entschlüsseln, in welcher Bakterien in Biofilmen miteinander kommunizieren (Science vom 10. April 1998). Pete Greenberg und Matthew Parsek von der University of Iowa, David Davies und William Costerton von der Montana State University sowie James Pearson und Barbara Iglewski von der University of Rochester in New York entdeckten ein Signalmolekül, das essentiell für die Entwicklung des Biofilmes bei Pseudomonas aeruginosa ist.

Das Bakterium ist ein weit verbreiteter Organismus, der in Nahrung, Schmutz und im ganzen Haus anzutreffen ist. Pseudomonaden sind besonders gefährlich für Menschen, deren Abwehrkräfte bereits geschwächt sind: Patienten mit Brandverletzungen, Krebskranke während der Chemotherapie, frisch operierte Patienten und solche mit Intubationen oder Kathetern. Sie zählen zu den schlimmsten Killern bei cystischer Fibrose: Fast alle Kinder mit dieser Krankheit sind mit Pseudomonaden infiziert, was die Schleimschicht in der Lunge immer dicker werden läßt und Atemschwierigkeiten hervorruft. Alles zusammengenommen sind die Bakterien der häufigste Einzelgrund für Infektionen, die man sich bei einem Krankenhausaufenthalt holen kann.

Die Pseudomonaden sondern ständig zwei Chemikalien ab, die zu den Homoserinlactonen gehören. Aber erst, wenn deren Konzentrationen einen bestimmten Grenzwert übersteigen, beginnt ein Prozeß, der als quorum sensing bezeichnet wird. Das Quorum ist die erforderliche Anzahl von Mitgliedern, damit eine Körperschaft beschlußfähig ist. Beim quorum sensing wird diese Anzahl eben durch die Konzentration der Signalstoffe überprüft, und der Beschluß besteht in einem drastischen Verhaltenswandel. Plötzlich werden Gene aktiv, die bis dahin geruht haben.

Unter ihnen ist bei den Pseudomonaden das lasI-Gen, das wiederum einen übergeordneten Kontrollschalter für weitere Gene darstellt. Innerhalb von nur 15 Minuten produzieren die Bakterien Schleim und bauen einen Biofilm auf. In der nächsten Phase starten sie einen heftigen Angriff auf das Gewebe des Wirtes. "Nur in Gegenwart weiterer Bakterien schaltet eine Zelle diese Gene ein und verschreibt sich selbst der Aufgabe, die energetisch teuren Produkte wie Toxine herzustellen", erklärt Pearson.

Mit verschiedenen molekularbiologischen Methoden hat er einen Pseudomonaden-Stamm geschaffen, der die Signalmoleküle für das quorum sensing nicht mehr produzieren konnte. Diese Mutanten bildeten in Davies Labor nur kümmerliche Abbilder von Biofilmchen. Es fehlte die komplexe und unverwüstliche Schleimstruktur, die typisch für gesunde Bakteriengemeinschaften ist. "Das zeigt, daß die Biofilme, welche wir alle kennen und lieben, von der Anwesenheit dieser Moleküle abhängen", meint Davies. "Wenn wir die Kommunikationsmöglichkeiten der Bakterien ausschalten können, können wir auch den Biofilm auflösen."

Die Wissenschaftler suchen jetzt nach einfacheren Wegen, die Gene funktionsunfähig zu machen, um zu testen, wie effektiv Antibiotika im Kampf gegen mutierte Pseudomonaden sind. Außerdem hoffen sie, auch bei anderen Bakterien jene Gene zu finden, welche die Bildung der Biofilme steuern. Nicht nur Mediziner würden gerne das Problem der bakteriellen Filme gelöst sehen, sondern auch Techniker und Ingenieure in der Industrie. Denn Bakterienkolonien verstopfen alle Arten von Leitungen, einschließlich Ölfördertürme und die Ausstattungen in Bierbrauereien.

Lesermeinung

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

Partnerinhalte