Wie Bakterien klammern

Foto: Das Bakterium E. coli

Auf ihrer Oberfläche besitzen viele Bakterien haarähnliche Strukturen, so genannte Fimbriae. An deren Spitzen sitzt ein Andockprotein (FimH), das sich an Zuckermoleküle bindet, die sich auf der Oberfläche von Schleimhäuten im menschlichen Körper befinden. Wissenschaftler der ETH Zürich und der University of Washington in Seattle untersuchten nun im Detail, wie sich das Bakterium Escherichia coli an Schleimhäute wie in den Harnwegen festklammert.

Die Bindung zwischen dem Andockprotein FimH und dem Zuckermolekül funktioniert ähnlich wie bei einer Chinesischen Fingerfalle. Das ist ein Spiel, bei welchem die Finger des Spielers in beiden Enden eines kleinen gewobenen Zylinders stecken bleiben, wenn zu schnell am Zylinder gezogen wird. Und so heften sich die Bakterien nur noch stärker an die Schleimhaut, wenn Körperflüssigkeiten versuchen sie wegzuschwemmen. So können sie eine Infektion verursachen.

Die Forschenden konnten nun zeigen, dass für die Wirkungsweise dieser so genannten "catch-bonds" die mechanischen Eigenschaften der Fimbriae eine entscheidende Rolle spielen. Diese winzigen bakteriellen Härchen bestehen aus ineinander greifende Proteinsegmente, die eine eng gewickelte Helix mit dem Durchmesser von sieben Nanometer bilden. Die Forschungen ergaben, dass die Fimbriae unter Zug zum Mehrfachen ihrer Originallänge gestreckt werden können. Nimmt der Zug ab, zieht sich die Fimbriae-Helix wieder zusammen und hält so die Spannung auf der Bindung zwischen Bakterium und Schleimhaut.

"Das System streckt sich wie ein Bungee-Seil. Der Mechanismus jedoch beruht auf einem sequentiellen Brechen oder Formen von Bindungen, welche die helikale Fimbriaestruktur stabilisieren", so Prof. Wendy Thomas von der University of Washington in Seattle.

Die Forschung an den Fimbriae soll es ermöglichen, ein von der Natur entwickeltes, nanotechnologisches System besser zu verstehen und für mögliche biotechnologische oder andere technische Anwendungen anzupassen.

COMPAMED.de; Quelle: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich