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Den (lebensbedrohlichen) Müll entsorgen

Bakterien werfen Müll aus, um zu überleben

Chao Lab, UC San Diego

Dies sind Bakterien, die beschädigte Proteine in einer fluoreszierenden, grün markierten Minizelle entsorgen.

28.09.2018: Wissenschaftler wissen seit Jahrzehnten, dass bestimmte Bakterien kleine kugelförmige Versionen von sich selbst produzieren. Obwohl es ihnen an Basismaterialien fehlt, um sich zu vermehren oder wie normale Zellen zu funktionieren, ist das Interesse an solchen "Minizellen" in jüngster Zeit gestiegen, da sie über die Kompetenz verfügen, Medikamente und Impfstoffe in Nanogröße an gezielte Zellen und Gewebe zu liefern.

Doch die natürliche Rolle der Minizellen, die wie knospende Luftballons aus den Enden der Bakterien herausragen, ist ein Geheimnis geblieben. Jetzt haben Forscher der University of California San Diego erstmals nachgewiesen, dass Minizellen eine Schlüsselfunktion bei der Selbsterhaltung von Bakterien spielen.

Die Forscher entdeckten, dass E. coli-Bakterien beschädigte Proteine, die in Minizellen gebündelt sind - ein Prozess, der nicht anders ist als der, dass eine Kapsel aus einem Raumschiff gestartet wird - als Überlebensmechanismus.

"Es ist erstaunlich, dass sogar Bakterien ihren Müll entsorgen", sagt Camilla Rang, Forschungsspezialistin in der Abteilung Biowissenschaften, das Labor von Professor Lin Chao und Erstautorin der Arbeit. "Wir haben gezeigt, dass Minizellen für die Bakterien von Vorteil sein können und ihnen helfen, dem Tod zu entkommen, indem sie die beschädigten Proteine herauswerfen."

Um den Zusammenhang zwischen Minizellen und der Gesundheit von Bakterienzellen zu untersuchen, markierten und verfolgten die Forscher Proteine mit fluoreszierenden Markern. Unter dem Einfluss von Antibiotika wie Streptomycin verfolgten die Forscher mit Hilfe von Mikroskopietechniken geschädigte Proteine in E. coli-Bakterien bis zu den Polbereichen (Endpunkt), verpackten sie dann in der Minizell und schliesslich aus den Bakterien.

"Der Vorteil, den Minizellen in Gegenwart von Streptomycin bieten, deutet darauf hin, dass sie auch eine Rolle bei der Unterstützung von Bakterienzellen spielen könnten, die resistent sind, überleben oder bestehen, wenn sie mit Antibiotika in Frage gestellt werden", stellen die Forscher in dem Papier fest.

Die neuen Ergebnisse helfen, mechanistische Erkenntnisse für Forscher zu liefern, die kürzlich Minizellen als molekulare Wirkstoffabgabesysteme für Krankheiten wie Krebs eingesetzt haben. Bei solchen Behandlungen werden Minizellen durch Diffusion mit Therapeutika beladen, mit Antikörpern gegen einen Zielkrebs markiert und in das Blutsystem injiziert. Die neuen Ergebnisse helfen zu beschreiben, wie natürliche Wege innerhalb von Minizellen stattdessen für die Verpackung von Medikamenten-Nutzlasten genutzt werden können.

Das Papier ist dem Gedenken an den emeritierten Professor William Loomis gewidmet, einem 50-jährigen Mitglied der Fakultät der UC San Diego, der entscheidende Beiträge zur Leitung des Forschungsprojekts geleistet hat. Er ist 2016 gestorben. Zu den Mitautoren des Papiers gehören Audrey Proenca von UC San Diego, Christen Buetz, Chao Shi und Lin Chao.

Originalveröffentlichung:
Camilla U. Rang, Audrey Proenca, Christen Buetz, Chao Shi, Lin Chao; "Minicells as a Damage Disposal Mechanism in Escherichia coli"; mSphere; 2018

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