Um in ihrer Umgebung zu überleben, müssen sich Bakterien ständig neue Eigenschaften aneignen. Meist dadurch, dass sie fremde DNA in ihr eigenes Genom integrieren. Der zugrundeliegende Mechanismus beim Kariesverursacher Streptococcus mutans konnte gezeigt werden.
Das Bakterium Streptococcus mutans integriert DNA aus seiner Umgebung in sein eigenes Genom, um gegen andere Keime zu bestehen. Die Fähigkeit dazu nennt man genetische Kompetenz. „Dass die Kompetenz durch Quorum Sensing [...] 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 Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung. „Dazu haben wir die Promotoren der beteiligten Gene entlang der gesamten Signalkette mit fluoreszierenden Proteinen gekoppelt.“
Darüber hinaus zeigten Wagner-Döbler und ihr Team, dass mit der Kompetenz auch noch ein weiterer Mechanismus sehr eng zusammenhängt: die Bakteriozinsynthese. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Ausbildung der Bakteriozine über das selbe Gen reguliert wird, das auch die Fähigkeit zur Kompetenz kontrolliert“, sagt Dr. Michael Reck, Erstautor der Studie. „Beide Prozesse sind also viel enger miteinander verknüpft, als bisher angenommen.“ Streptococcus mutans unter dem Fluoreszenzmikroskop. Zellen, die Bakteriozin herstellen, sind blau gefärbt. In den hellgrünen Zellen ist außerdem die Fähigkeit, fremde DNA aufzunehmen, vorhanden. © HZI / Wagner-Döbler 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. 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: The Alternative Sigma Factor SigX Controls Bacteriocin Synthesis and Competence, the Two Quorum Sensing Regulated Traits in Streptococcus mutans Michael Reck et al.; PLOS Genetics, doi: 10.1371/journal.pgen.1005353; 2015
