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Viele pathogene Bakterien produzieren Virulenzfaktoren. Das sind Moleküle, die die Wirtszellen manipulieren, um so zum Beispiel das Immunsystem auszutricksen oder eine Aufnahme des Bakteriums in die Wirtszellen zu veranlassen. Einige Bakterien, darunter die Erreger von Ruhr (
Shigella), Pest (
Yersinia) und Typhus (
Salmonella), haben ein erstaunliches System entwickelt, um diese Moleküle in die Wirtszelle zu bekommen: sie injizieren sie mit Hilfe einer Nano-Spritze direkt in die Wirtszellen.
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| Isolierte Nadelkomplexe aus Salmonella typhimurinum (Bildquelle) |
Dieser etwa 80 nm lange Proteinkomplex mit dem sperrigen Namen „Typ-3-Sekretionssystem“ (T3SS) sitzt in der doppelten Zellmembran des gramnegativen Bakteriums und besteht aus etwa 30 verschiedenen Proteinen. Damit ist es im Gegensatz zu den anderen fünf bakteriellen Seketionssystemen außerordentlich komplex.
Es stellt sich die Frage, wie ein so komplexes funktionelles Gebilde entstehen konnte, und ob es Vorläuferstrukturen gibt, die vielleicht einen ganz andere Funktion erfüllen. Auch was die Energiequelle für den Proteintransport im Inneren der Spritze darstellt, oder wie genau die Wirtszellmembran überwunden wird, ist weitgehend unbekannt. Es scheint jedoch sicher zu sein, dass die Wirtszellmembran nicht einfach „durchstochen“ wird, sondern dass bakterielle Proteine erst eine Pore in der Membran öffnen müssen, durch die Virulenzfaktoren in die Zelle eingeschleust werden.
Wie die Arbeiten aus dem Labor von
Michael Kolbe vom Max-Planck-Institut für molekulare Infektionsbiologie zeigen, werden die Monomere der Spritzennadel offenbar an der Spitze der Nadel angefügt, wodurch sie immer weiter wächst. Damit die Monomere nicht bereits im Cytoplasma des Bakteriums polymerisieren, sondern erst an ihrem Bestimmungsort, nehmen sie möglicherweise jeweils unterschiedliche 3D-Strukturen ein. Spezifisch bindende Proteine (
Chaperone) würden das Nadelprotein in der löslichen Konformation stabilisieren und eine Polymerisation verhindern. An der Nadelspitze, also außerhalb der Zelle, sind diese Chaperone nicht vorhanden und die Monomere falten sich zu ihrer Polymer-Form um und verlängern die Nadel.
Um überhaupt an die Nadelspitze zu gelangen, werden die Proteine dann unter Aufwand von Energie entfaltet und durch in den hohlen Schaft des Spritzenapparates eingefädelt. Von dort wird das Protein dann über einen bislang unbekannten Mechanismus bis zur Nadelspitze transportiert. Der selbe Mechanismus könnte anschließend benutzt werden, um die Effektorproteine in die Wirtszelle zu verbringen.
Das alles erinnert stark an den Mechanismus, nach dem wahrscheinlich bakterielle Flagellen zusammengebaut werden. Die Propeller dieses von molekularen Elektromotoren angetriebenen Fortbewegungssystems wachsen ebenfalls an der Spitze, und die Einzelteile werden wohl auch über den Hohlraum im Inneren transportiert. Die Energiequelle stammt hier aus dem Ionengradienten über der Bakterienmembran, ein ähnlicher Mechanismus ist für das T3SS zumindest denkbar.
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Viele pathogene Bakterien produzieren Virulenzfaktoren. Das sind Moleküle, die die Wirtszellen manipulieren, um so zum Beispiel das Immunsystem auszutricksen oder eine Aufnahme des Bakteriums in die Wirtszellen zu veranlassen. Einige Bakterien, darunter die Erreger von Ruhr (
Shigella), Pest (
Yersinia) und Typhus (
Salmonella), haben ein erstaunliches System entwickelt, um diese Moleküle in die Wirtszelle zu bekommen: sie injizieren sie mit Hilfe einer Nano-Spritze direkt in die Wirtszellen.
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| Isolierte Nadelkomplexe aus Salmonella typhimurinum (Bildquelle) |
Dieser etwa 80 nm lange Proteinkomplex mit dem sperrigen Namen „Typ-3-Sekretionssystem“ (T3SS) sitzt in der doppelten Zellmembran des gramnegativen Bakteriums und besteht aus etwa 30 verschiedenen Proteinen. Damit ist es im Gegensatz zu den anderen fünf bakteriellen Seketionssystemen außerordentlich komplex.
Es stellt sich die Frage, wie ein so komplexes funktionelles Gebilde entstehen konnte, und ob es Vorläuferstrukturen gibt, die vielleicht einen ganz andere Funktion erfüllen. Auch was die Energiequelle für den Proteintransport im Inneren der Spritze darstellt, oder wie genau die Wirtszellmembran überwunden wird, ist weitgehend unbekannt. Es scheint jedoch sicher zu sein, dass die Wirtszellmembran nicht einfach „durchstochen“ wird, sondern dass bakterielle Proteine erst eine Pore in der Membran öffnen müssen, durch die Virulenzfaktoren in die Zelle eingeschleust werden.
Wie die Arbeiten aus dem Labor von
Michael Kolbe vom Max-Planck-Institut für molekulare Infektionsbiologie zeigen, werden die Monomere der Spritzennadel offenbar an der Spitze der Nadel angefügt, wodurch sie immer weiter wächst. Damit die Monomere nicht bereits im Cytoplasma des Bakteriums polymerisieren, sondern erst an ihrem Bestimmungsort, nehmen sie möglicherweise jeweils unterschiedliche 3D-Strukturen ein. Spezifisch bindende Proteine (
Chaperone) würden das Nadelprotein in der löslichen Konformation stabilisieren und eine Polymerisation verhindern. An der Nadelspitze, also außerhalb der Zelle, sind diese Chaperone nicht vorhanden und die Monomere falten sich zu ihrer Polymer-Form um und verlängern die Nadel.
Um überhaupt an die Nadelspitze zu gelangen, werden die Proteine dann unter Aufwand von Energie entfaltet und durch in den hohlen Schaft des Spritzenapparates eingefädelt. Von dort wird das Protein dann über einen bislang unbekannten Mechanismus bis zur Nadelspitze transportiert. Der selbe Mechanismus könnte anschließend benutzt werden, um die Effektorproteine in die Wirtszelle zu verbringen.
Das alles erinnert stark an den Mechanismus, nach dem wahrscheinlich bakterielle Flagellen zusammengebaut werden. Die Propeller dieses von molekularen Elektromotoren angetriebenen Fortbewegungssystems wachsen ebenfalls an der Spitze, und die Einzelteile werden wohl auch über den Hohlraum im Inneren transportiert. Die Energiequelle stammt hier aus dem Ionengradienten über der Bakterienmembran, ein ähnlicher Mechanismus ist für das T3SS zumindest denkbar.
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