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Ein chemisches Radar ermöglicht es Bakterien, Fressfeinde aufzuspüren und zu töten
𝗥ä𝘂𝗯𝗲𝗿-𝗕𝗲𝘂𝘁𝗲-𝗕𝗲𝘇𝗶𝗲𝗵𝘂𝗻𝗴𝗲𝗻 𝗴𝗶𝗯𝘁 𝗲𝘀 𝗶𝗻 𝗻𝗮𝗵𝗲𝘇𝘂 𝗮𝗹𝗹𝗲𝗻 Ö𝗸𝗼𝘀𝘆𝘀𝘁𝗲𝗺𝗲𝗻. 𝗦𝗼𝗴𝗮𝗿 𝗱𝗶𝗲 𝗳ü𝗿 𝘂𝗻𝘀 𝘂𝗻𝘀𝗶𝗰𝗵𝘁𝗯𝗮𝗿𝗲 𝗪𝗲𝗹𝘁 𝗱𝗲𝗿 𝗠𝗶𝗸𝗿𝗼𝗼𝗿𝗴𝗮𝗻𝗶𝘀𝗺𝗲𝗻 𝗳𝗼𝗹𝗴𝘁 𝗱𝗶𝗲𝘀𝗲𝗺 𝗣𝗿𝗶𝗻𝘇𝗶𝗽 𝗶𝗺 𝗞𝗮𝗺𝗽𝗳 𝘂𝗺 𝗱𝗮𝘀 Ü𝗯𝗲𝗿𝗹𝗲𝗯𝗲𝗻 𝗱𝗲𝗿 𝗲𝗶𝗴𝗲𝗻𝗲𝗻 𝗔𝗿𝘁. 𝗪𝗶𝗲 𝗱𝗮𝘀 𝗕𝗮𝗸𝘁𝗲𝗿𝗶𝘂𝗺 𝙋𝙨𝙚𝙪𝙙𝙤𝙢𝙤𝙣𝙖𝙨 𝙨𝙮𝙧𝙞𝙣𝙜𝙖𝙚 𝗲𝗶𝗻 𝗰𝗵𝗲𝗺𝗶𝘀𝗰𝗵𝗲𝘀 𝗥𝗮𝗱𝗮𝗿 𝗲𝗶𝗻𝘀𝗲𝘁𝘇𝘁, 𝘂𝗺 𝗳𝗲𝗶𝗻𝗱𝗹𝗶𝗰𝗵𝗲 𝗔𝗺ö𝗯𝗲𝗻 𝗮𝘂𝗳𝘇𝘂𝘀𝗽ü𝗿𝗲𝗻 𝘂𝗻𝗱 𝘇𝘂 𝘁ö𝘁𝗲𝗻, 𝘄𝘂𝗿𝗱𝗲 𝗷𝗲𝘁𝘇𝘁 𝗶𝗻 𝗲𝗶𝗻𝗲𝗿 𝗦𝘁𝘂𝗱𝗶𝗲 𝗶𝗺 𝗿𝗲𝗻𝗼𝗺𝗺𝗶𝗲𝗿𝘁𝗲𝗻 𝗙𝗮𝗰𝗵𝗷𝗼𝘂𝗿𝗻𝗮𝗹 𝗖𝗲𝗹𝗹 𝘃𝗲𝗿ö𝗳𝗳𝗲𝗻𝘁𝗹𝗶𝗰𝗵𝘁.
Die Erforschung der Kommunikation von Mikroorganismen trägt zum Verständnis der komplexen ökologischen Wechselwirkungen in unserer Umwelt bei und ist Forschungsschwerpunkt des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“. Ein Forschungsteam des Clusters am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut (Leibniz-HKI) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat in einer Studie die Interaktion zwischen Amöben, Bakterien und Pflanzen untersucht. An der Studie waren auch Forschende der Universität Bayreuth beteiligt. Die Ergebnisse eröffnen neue Wege für die Entdeckung bioaktiver Naturstoffe.
𝗗𝗮𝘀 𝗵𝗮𝗿𝘁𝗻ä𝗰𝗸𝗶𝗴𝗲 𝗣𝗳𝗹𝗮𝗻𝘇𝗲𝗻𝗽𝗮𝘁𝗵𝗼𝗴𝗲𝗻 𝘂𝗻𝗱 𝗲𝗶𝗻 𝗘𝗶𝗻𝘇𝗲𝗹𝗹𝗲𝗿 𝗺𝗶𝘁 𝗧𝗲𝗮𝗺𝗴𝗲𝗶𝘀𝘁
Die Bakterienart 𝘗𝘴𝘦𝘶𝘥𝘰𝘮𝘰𝘯𝘢𝘴 𝘴𝘺𝘳𝘪𝘯𝘨𝘢𝘦 ist ein allgegenwärtiges Pflanzenpathogen. Der Erreger dringt über natürliche Öffnungen oder Verletzungen in die Pflanze ein, infiziert diese und kann so erhebliche Schäden in der Landwirtschaft anrichten. Ein natürlicher Feind des Bakteriums ist die soziale Amöbe 𝘗𝘰𝘭𝘺𝘴𝘱𝘩𝘰𝘯𝘥𝘺𝘭𝘪𝘶𝘮 𝘱𝘢𝘭𝘭𝘪𝘥𝘶𝘮. Diese Amöbe frisst als Einzeller Bakterien. Wird jedoch Nahrung knapp, schließen sich die Einzeller zu mehrzelligen Strukturen zusammen und bilden dann Sporen aus, die leicht in eine neue Umgebung gelangen können. Somit ist die Amöbe zwar nicht direkt am Krankheitsprozess der Pflanze beteiligt, sie ist jedoch ein wichtiger Fressfeind, der das Bakterium zur Entwicklung hochwirksamer Abwehrmechanismen zwingt, um zu überleben.
𝗘𝗶𝗻𝗲 𝗔𝗺ö𝗯𝗲 𝘁ö𝘁𝗲𝘁 𝘀𝗶𝗰𝗵 𝘀𝗲𝗹𝗯𝘀𝘁
Das Forscherteam um Pierre Stallforth, Professor an der Universität Jena und Abteilungsleiter am Leibniz-HKI, hat nun einen bisher unbekannten Abwehrmechanismus von 𝘗𝘴𝘦𝘶𝘥𝘰𝘮𝘰𝘯𝘢𝘴 𝘴𝘺𝘳𝘪𝘯𝘨𝘢𝘦 identifiziert. „Wir konnten zeigen, wie das Bakterium ein chemisches Radar einsetzt, um die feindlichen Amöben zu erkennen und zu eliminieren. Interessanterweise spielen die Amöben selbst eine entscheidende Rolle bei ihrer eigenen Auslöschung“ sagt Shuaibing Zhang, Erstautor der Studie. Pierre Stallforth ergänzt: „𝘗. 𝘴𝘺𝘳𝘪𝘯𝘨𝘢𝘦 produziert Syringafactine. Das sind chemische Moleküle, die für die Amöbe selbst harmlos sind und dem Bakterium unter anderem eine schnellere Fortbewegung ermöglichen. Wenn die Amöbe mit diesem Molekül in Kontakt kommt, wird es vom Einzeller chemisch verändert. Das Bakterium wiederum besitzt ein spezielles Sensorprotein – den Chemical Radar Regulator (CraR) – das diese veränderten Moleküle erkennt. Dadurch können die Bakterien die Anwesenheit von Amöben aufspüren, woraufhin Gene aktiviert werden, die für die Produktion giftiger Substanzen – der Pyrofactine – verantwortlich sind. Die Pyrofactine töten Amöben und sind interessanterweise Abkömmlinge der durch die Amöben modifizierten Syringafactine.“
𝗔𝗯𝘄𝗲𝗵𝗿𝗺𝗲𝗰𝗵𝗮𝗻𝗶𝘀𝗺𝘂𝘀 𝗴𝗶𝗯𝘁 𝗠ö𝗴𝗹𝗶𝗰𝗵𝗸𝗲𝗶𝘁𝗲𝗻 𝗳ü𝗿 𝗱𝗶𝗲 𝗘𝗻𝘁𝘄𝗶𝗰𝗸𝗹𝘂𝗻𝗴 𝗻𝗲𝘂𝗲𝗿 𝗠𝗲𝗱𝗶𝗸𝗮𝗺𝗲𝗻𝘁𝗲
Auch die Infektiosität der Bakterien hängt offenbar mit dem chemischen Radarsystem zusammen: So kann 𝘗. 𝘴𝘺𝘳𝘪𝘯𝘨𝘢𝘦 die Ackerschmalwand 𝘈𝘳𝘢𝘣𝘪𝘥𝘰𝘱𝘴𝘪𝘴 𝘵𝘩𝘢𝘭𝘪𝘢𝘯𝘢 – die Pflanze wird aufgrund ihrer Eigenschaften in der Genetik und Pflanzenforschung als Modellorganismus eingesetzt – in Gegenwart von Amöben nur dann infizieren, wenn das Bakterium ein aktives „chemisches Radar“ besitzt und damit gegen den Fressfeind verteidigungsfähig ist.
Die Studie liefert wertvolle Erkenntnisse für das komplexe Wechselspiel im Zusammenleben von Mikroorganismen, Einzellern und höheren Pflanzen. Sie bietet damit auch Ansatzpunkte für die Entdeckung neuer bioaktiver Naturstoffe, die dem Menschen als Medikamente oder in der Schädlingsbekämpfung nützlich sein könnten.
Zahlreiche Fördermittelgeber haben die wegweisende Studie unter der Leitung des Leibniz-HKI ermöglicht, darunter die Werner Siemens-Stiftung, die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ und des Sonderforschungsbereiches ChemBioSys. Die Länder Hessen und Thüringen unterstützten das Projekt zudem mit Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).
Prof. Dr. Pierre Stallforth
Paläobiotechnologie
Abteilungsleiter
+49 3641 532-1527
pierre.stallforth@leibniz-hki.de
Zhang S, Schlabach K, Pérez Carrillo VH, Ibrahim A, Nayem S, Komor A, Mukherji R, Chowdhury S, Reimer L, Trottmann F, Vlot AC, Hertweck C, Hellmich UA, Stallforth P (2025) A chemical radar allows bacteria to detect and kill predators. Cell
DOI: 10.1016/j.cell.2025.02.033
Das pflanzenpathogene Bakterium Pseudomonas syringae (Mitte) nutzt ein chemisches Radar, um Amöben a ...
Luo Yu/Leibniz-HKI
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars, Students, Teachers and pupils, all interested persons
Biology, Chemistry, Environment / ecology, Zoology / agricultural and forest sciences
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
Das pflanzenpathogene Bakterium Pseudomonas syringae (Mitte) nutzt ein chemisches Radar, um Amöben a ...
Luo Yu/Leibniz-HKI
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