Infektion im Darm Bakterien attackieren Zellen mit Strom

Manche Bakterien nutzen offenbar Strom, um andere Organismen zu besiedeln. Forscher würden mit diesem Mechanismus eines Tages gern Energie gewinnen.

Listeria-Bakterium
Amy Cao / UC Berkeley

Listeria-Bakterium


Sie sind weiter verbreitet als bisher gedacht: Bakterien, die elektrischen Strom erzeugen. Den Mikroben hilft das möglicherweise, Körper zu besiedeln, erklären Forscher im Fachmagazin "Nature". Die Erkenntnisse "könnten uns viel darüber mitteilen, wie diese Bakterien uns infizieren oder uns helfen, einen gesunden Darm zu haben", erklärt Daniel Portnoy von der University of California in Berkeley.

Eine Gruppe um Portnoy hatte das Bakterium Listeria monocytogenes untersucht, das bei Menschen und Tieren Listeriose auslösen kann. Die Krankheit führt beispielsweise zu Bauchschmerzen und Durchfall. Die Forscher entdeckten dabei, dass das Bakterium Strom erzeugt. Dazu gibt es einzelne Elektronen, die beim Stoffwechsel übrig bleiben, in die Umgebung ab.

Dass der Mechanismus beim Besiedeln eines Körpers helfen könnte, fanden die Forscher durch Versuche an Mäusen heraus, die sie mit Listeria monocytogenes infizierten. Die Bakterienkulturen vermehrten sich erheblich schneller als mutierte Varianten, die keinen Strom erzeugen können.

Gene für Stromproduktion

Entscheidend für die Fähigkeit, Elektronen durch die Zellwand zu transportieren, sind acht Gene im Erbgut des Bakteriums. Varianten dieser Gene fanden die Biologen über eine Gendatenbank auch bei zahlreichen anderen Bakterienarten. Darunter sind die im gesunden Darm vorkommenden Enterokokken sowie Milchsäurebakterien aus der Gattung Lactobacillus. Sie werden etwa bei der Herstellung von Milchprodukten wie Joghurt und Käse verwendet.

Dass einzelne Bakterienarten in der Lage sind, Elektronen abzugeben, war bereits bekannt. Bisher handelte es sich jedoch um sehr spezielle Bakterien, die im Boden leben und Elektronen an Eisen und Mangan abgeben können. Ihre Reaktionskette für den Elektronentransport ist recht komplex. Portnoy und Kollegen fanden bei Listeria monocytogenes nun einen einfacheren Mechanismus.

Bis zu 100.000 Elektronen pro Sekunde

Das beim Stoffwechsel freiwerdende Elektron wird demnach an das Protein Ndh2 abgegeben und von dort an ein Chinonmolekül weitergereicht. Eventuell gibt es zwei weitere Zwischenstationen, auf jeden Fall übernimmt ein weiteres Protein, PplA, den Weitertransport der Elektronen.

An PplA werden zwei Flavinmoleküle gebunden, die wiederum die Elektronen durch die Zellwand in die Umgebung bringen. Welche Substanz dann üblicherweise die Elektronen aufnimmt, ist noch nicht bekannt, aber die freigesetzten Elektronen sind als elektrischer Strom messbar.

Laut Mitteilung der University of California gibt in einer geeigneten Umgebung jede Bakterienzelle einige 100.000 Elektronen pro Sekunde ab.

Das ergibt zwar nur eine Stromstärke von 500 Mikroampere, dennoch schreiben Laty Cahoon and Nancy Freitag von der University of Illinois in Chicago in einem "Nature"-Kommentar: "Die Beschreibung dieses bisher unbekannten Mechanismus des extrazellulären Elektronentransports könnte Möglichkeiten für eine bakterienbasierte Energieerzeugung schaffen."

jme/dpa



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