Streptokokken überleben durch Kommunikation

Das Kariesbakterium Streptococcus mutans unter dem Fluoreszenzmikroskop. Alle Zellen, die Bakteriozin herstellen, sind blau gefärbt. In den hellgrünen Zellen ist außerdem die Fähigkeit, fremde DNA aufzunehmen, vorhanden.
13. Juli 2015
Streptokokken überleben durch Kommunikation
HZI-Forscher ergründen, wie Karieserreger seine Konkurrenz besiegt

Um in ihrer Umgebung zu überleben und wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen sich Bakterien ständig neue Eigenschaften aneignen. Häufig dadurch, dass sie fremde DNA aufnehmen und in ihr eigenes Genom integrieren. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig haben nun erstmals gezeigt, wie dieser Mechanismus beim Kariesverursacher Streptococcus mutans im Detail funktioniert. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachjournal Plos Genetics.

Das Bakterium Streptococcus mutans gilt als Hauptverursacher von Karies und lebt im menschlichen Zahnbelag. Dort steht es in ständiger Konkurrenz mit anderen Keimen, mit denen es ums Überleben kämpft. Nur wenn es sich ständig weiterentwickelt und neue Eigenschaften annimmt, kann es in diesem Kampf bestehen. Dafür integriert das Bakterium DNA aus seiner Umgebung in sein eigenes Genom. Die Fähigkeit dazu nennt man genetische Kompetenz.

So interagieren die entscheidenden Signale, XIP und CSP miteinander

„Dass die Kompetenz durch Quorum Sensing, also durch Zell-Zell-Kommunikation, gesteuert wird, war bereits bekannt. Wir haben nun erstmals genau gezeigt, wie die dafür entscheidenden Signale, XIP und CSP, miteinander interagieren“, sagt Prof. Irene Wagner-Döbler, Leiterin der Arbeitsgruppe Mikrobielle Kommunikation am HZI. „Dazu haben wir die Promotoren der beteiligten Gene entlang der gesamten Signalkette mit fluoreszierenden Proteinen gekoppelt.“

Mit der Kompezenz hängt auch die Bakteriozinsynthese zusammen

Darüber hinaus zeigten Wagner-Döbler und ihr Team, dass mit der Kompetenz auch noch ein weiterer Mechanismus sehr eng zusammenhängt: die Bakteriozinsynthese. Bakteriozine sind Peptidantibiotika, die andere Streptokokken töten. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Ausbildung der Bakteriozine über dasselbe Gen reguliert wird, das auch die Fähigkeit zur Kompetenz kontrolliert“, sagt Dr. Michael Reck, Wissenschaftler in der Gruppe von Wagner-Döbler und Erstautor der Studie. „Beide Prozesse sind also viel enger miteinander verknüpft, als bisher angenommen.“

Streptococcus mutans tötet nicht nur die Konkurrenz, sondern erweitert auch noch sein eigenes Gen-Repertoire

Die enge Verzahnung beider Quorum-Sensing-Systeme lässt den Schluss zu, dass Streptococcus mutans nicht nur andere Bakterien tötet um sich der Konkurrenz zu entledigen, sondern die freiwerdende Erbsubstanz gleich noch nutzt, um sein eigenes Gen-Repertoire zu erweitern. „Diese Fähigkeit sichert ihm das Überleben trotz großer Konkurrenz innerhalb seiner natürlichen Umgebung und erklärt, warum er so häufig auftritt“, sagt Wagner-Döbler.

Ansatzpunkte für die Bekämpfung des Erregers

Langfristig könnten die neugewonnenen Einblicke in die Mechanismen außerdem Ansatzpunkte für die Bekämpfung des Erregers liefern. „Wenn wir genau wissen, wie ein Erreger überlebt und in seiner natürlichen Umgebung agiert, können wir auch Strategien entwickeln, wie wir seine Ausbreitung vermindern“, sagt Reck.

Originalpublikation:
Reck M, Tomasch J, Wagner-Döbler I (2015) The Alternative Sigma Factor SigX Controls Bacteriocin Synthesis and Competence, the Two Quorum Sensing Regulated Traits in Streptococcus mutans. PLoS Genet 11(7): e1005353. DOI:10.1371/journal.pgen.1005353.

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