Bakterien verschwören sich, Viren lauschen: Quorum Sensing bei Mikroben

Vor einem Monat berichteten wir, dass der Wolf-Preis für Chemie 2022 an Bonnie Bassler verliehen wurde, eine Forscherin auf dem Gebiet der Zellkommunikationsforschung. Professor Bassler untersucht das einzigartige Sprachsystem, das Mikroorganismen zur Kommunikation untereinander verwenden. Wie wurde dieses System entdeckt und geknackt? Welche praktische Bedeutung hat es für klinisch-medizinische Anwendungen? Wie faszinierend diese Grundlagenforschung ist, zeigt uns der heutige Artikel.

Geschrieben von Hong Wei (PhD in Wissenschafts- und Technikgeschichte)

Der berühmte französische Sozialpsychologe Le Bon sagte in The Crowd:

Die Summe der gemeinsamen Merkmale, die alle Individuen einer Rasse erben, bildet die Seele der Rasse. Wenn sich jedoch eine bestimmte Anzahl von Personen zu Gruppen zusammenschließt, um bestimmte Aktionen durchzuführen, zeigen Beobachtungen, dass aufgrund dieses Zusammenkommens einige neue psychologische Merkmale entstehen, die sich mit rassischen Merkmalen überschneiden und sich manchmal grundlegend von diesen unterscheiden.

Die Entstehung menschlichen Gruppenverhaltens ist ein Thema, das Soziologen schon immer beschäftigt hat. Gruppenverhalten ist jedoch nicht nur auf Menschen oder höhere Tiere beschränkt.

In den letzten Jahren haben Mikrobiologen entdeckt, dass Bakterien auch ihr eigenes, einzigartiges Gruppenverhalten haben. Durch ein einzigartiges System chemischer Sprache sind Bakterien in der Lage, miteinander zu kommunizieren, sich gegenseitig wahrzunehmen und gemeinsam Entscheidungen zu treffen. Insbesondere ändern sich die physiologischen und biochemischen Eigenschaften von Bakterien mit der Gruppendichte, und sie weisen Merkmale und Gruppenverhalten auf, die eine kleine Anzahl von Bakterien oder ein einzelnes Bakterium nicht aufweisen, um auf Veränderungen in der Umwelt zu reagieren. Dieses Phänomen nennen Mikrobiologen „Quorum Sensing“.

Bakterien sind zu klein, um mit bloßem Auge gesehen zu werden, und sie machen keine Geräusche. Ohne die Hilfe moderner Technologie können wir ihr individuelles Verhalten nicht direkt beobachten, geschweige denn ihre Kommunikationsprozesse überwachen und ihr Gruppenverhalten analysieren. Für den Menschen erscheinen all seine Handlungen wie Verschwörungen, bevor sie entdeckt werden, und wissenschaftliche Experimente sind eine Reihe von Untersuchungen durch Forscher. Als nächstes werden wir kurz auf die Entdeckung des Quorum Sensing und den Prozess der Entschlüsselung des mikrobiellen Sprachsystems eingehen.

eins

Leuchtende Bakterien verraten Geheimnisse

Im Jahr 1913 bereisten E. Newton Harvey, ein junger Lehrer der Princeton University, der seit seiner Kindheit gerne wanderte und biologische Proben sammelte, und Alfred G. Mayer, ein Wasserbiologe, gemeinsam den Südpazifik und verbrachten drei Monate auf Murray Island in Australien. Während dieser drei Monate entwickelte Harvey eine Faszination für das Phänomen der Biolumineszenz.

Drei Jahre später verbrachten Harvey und seine neue Frau, die im Bereich der Wasserbiologie forschte, ihre Flitterwochen in Japan. An der Westküste Japans wurde er vom blauen Lichtphantom auf dem Meer angezogen. Was ihn noch mehr faszinierte, war die Tatsache, dass das Glühwürmchen (Vargula hilgendorfii) ein wirbelloses Meerestier und somit ein perfektes Forschungsmaterial war. Nach mehrjähriger Trocknung und Lagerung kann sein Leuchtsystem durch einfaches Anfeuchten mit Wasser wiederbelebt werden. Niemand weiß genau, wie viele getrocknete Glühwürmchen Harvey in die Vereinigten Staaten mitbrachte, aber er verwendete das Material in den nächsten vier Jahrzehnten weiterhin für seine Forschung.

Harvey (E. Newton Harvey) 丨 Bildquelle: Arizona State University, USA,
https://embryo.asu.edu/pages/e-newton-harvey

Seeglühwürmchen bilden einen blauen Fluss an der Küste von Okayama, Japan | Bildquelle:
https://freeyork.org/photography/blue-rivers-sea-fireflies-tricle-oceanside-rocks-japan/

Harveys Forschungsgebiete sind sehr breit gefächert und die Biolumineszenz ist nur eines davon. Durch Zufall entdeckte er, dass Mikroorganismen tatsächlich leuchten können. Im Jahr 1953 entdeckte Bernard L. Strehler erstmals das chemische Molekül DPN (Disphosphopyridinnukleotid), das die Lumineszenz des Leuchtbakteriums Achromobacter fischeri (auch bekannt als Vibrio fischeri) beeinflusst, und extrahierte das Lumineszenzsystem vollständig aus dem Bakterium, wodurch eine extrazelluläre Lumineszenz erreicht wurde. Als Harvey die gute Nachricht hörte, erfuhr er, dass Strehlers Mentor sein Lieblingsschüler William D. McElroy war. Er sagte stolz: „Jetzt fühle ich mich wie der Großvater der Biolumineszenzforschung!“

Interessanterweise war Hastings (J. Woodland Hatstings) unter Harveys vielen Schülern sowohl sein Schüler als auch der Schüler seines Schülers. Im Jahr 1948 promovierte Hastings bei Harvey und im Jahr 1951 forschte er als Postdoktorand bei McElroy. Im Harvey-Labor entwickelte Hastings eine neue Technik zur Messung des quantitativen Sauerstoffbedarfs lichtemittierender Reaktionen bei verschiedenen Spezies. Nachdem er eine Zeit lang im McElroy-Labor auf dem traditionellen Gebiet der Glühwürmchen-Lumineszenzsysteme gearbeitet hatte, wandte sich Hastings leuchtenden Bakterien zu.

J. Woodland Hatstings | Bildquelle: Harvard University

Zu dieser Zeit war man in der Wissenschaft allgemein davon überzeugt, dass das Verhalten von Bakterien unabhängig und unabhängig von anderen Individuen sei. Verdoppelt sich die Bakterienzahl, müsste sich dieser Vorstellung zufolge gleichzeitig auch die Lichtintensität verdoppeln. Doch 1970 bemerkte Hastings ein eigenartiges Phänomen bei Vibrio fischeri und Vibrio harveyi (benannt nach Harvey im Jahr 1936). Im frisch beimpften Kulturmedium kann sich die Bakterienzahl alle 30 Minuten verdoppeln, es dauert jedoch mehr als 2 Stunden, bis die Lumineszenz zuzunehmen beginnt, und dann verdoppelt sich die Helligkeit alle 5 Minuten.

Gleichzeitig geben die Bakterien kontinuierlich ein Molekül namens Homoserinlacton (HSL) in das Kulturmedium ab. Erst wenn HSL eine bestimmte Konzentration erreicht, starten die unterdrückten spezifischen Gene das Transkriptionsprogramm und die Bakterien können mit ihrer bezaubernden Ausstrahlung erstrahlen. Dies ist das erste Mal in der aufgezeichneten Geschichte, dass Wissenschaftler das Phänomen des Quorum Sensing entdeckt haben.

Hastings bezeichnete das Signalmolekül HSL als „Autoinduktor (AI)“, da HSL im Gegensatz zu externen Induktoren sowohl die Genexpression induzieren als auch von den Bakterien selbst produziert werden kann.

Wenn es um Neues oder neue Theorien geht, bedarf es in der Öffentlichkeit immer eines langsamen Akzeptanzprozesses und stößt manchmal auch auf Widerstand. Wie viele Menschen, die im Laufe der Geschichte wichtige Entdeckungen gemacht haben, befand sich Hastings dieses Mal in einer ähnlichen Situation. Anstatt seine Entdeckung zu akzeptieren, machte sich die akademische Gemeinschaft darüber lustig.

zwei

Das Sprachsystem ist kaputt

Eine Ausnahme bildet Michael R. Silverman vom Agouron Institute. Er hielt Hastings Entdeckung für äußerst interessant und entdeckte in den 1980er Jahren den zentralen molekularen Mechanismus des Quorum Sensing. Bei Vibrio fischeri stellte Silverman fest, dass das Protein LuxI die Synthese von AI-Molekülen katalysiert und das Protein LuxR, das als Rezeptor fungiert, an AI bindet und dann die Transkription des Gens aktiviert, das für Luciferase kodiert. Als nächstes führte er ein E. coli-Transformationsexperiment durch. Der transformierte E. coli war in der Lage, das Signalmolekül HSL zu produzieren und damit auch die Konzentration von Bakterien zu erfassen. Wenn die Bakterienkonzentration einen Schwellenwert erreicht, beginnt E. coli zu leuchten. Nach und nach identifizierte er die Gene und Proteine, die extrazelluläre Signalmoleküle produzieren und erkennen, und lieferte eine umfassende Erklärung, wie diese Komponenten das Quorum Sensing stimulieren.

Silverman spricht selten öffentlich und hat in der wissenschaftlichen Gemeinschaft immer wie ein Einsiedler gelebt. Durch Zufall besuchte Bonnie Bassler, die kurz vor ihrer Promotion stand, eine seiner Vorlesungen, in der es darum ging, wie Bakterien das Lumineszenzsystem durch Quorum Sensing aktivieren. Baszler fand es erstaunlich, dass Bakterien darüber abstimmen konnten, wann das Licht eingeschaltet wird! Noch wichtiger war, dass sie erkannte, wie praktisch es ist, leuchtende Bakterien als Material für die genetische Forschung zu verwenden. Sie konnte das Ergebnis des Experiments erfahren, indem sie einfach den Lichtschalter im Labor drückte, um zu sehen, ob die Bakterien leuchteten. Sobald die Vorlesung zu Ende war, rannte sie direkt zum Podium und teilte Silverman mit, dass sie seine Postdoktorandin werden wolle. Silverman war von ihrer Forschung inspiriert und bot ihr auf der Stelle einen Job an. Dieser dramatische Beginn wurde zur meistdiskutierten Szene in Baslers verschiedenen öffentlichen Reden. Nachdem er eine fähige Person gefunden hatte, übergab der großzügige Silverman ihr die Forschung zur Gruppenwahrnehmung und zog sich wieder aufs Land zurück.

Michael R. Silverman und Bonnie Bassler | Bildquelle: Twitter-Startseite des Departments für Chemie der Princeton University

Es ist erwähnenswert, dass sie Signalmoleküle und verwandte Gene und Proteine ​​fanden und die Funktionsweise des bakteriellen Lumineszenzsystems grob verstanden, dieses Phänomen der Bakteriengruppe jedoch nicht offiziell benannten. Im Jahr 1978 begann einer von Hastings‘ Postdoktoranden, E. Peter Greenberg, selbstständig ein Experimentalteam an der Cornell University zu leiten, das ähnliche Arbeiten mit Vibrio fischeri durchführte. Biologische Forschung ist zeitaufwendig, arbeitsintensiv und der Weg dorthin ist lang und beschwerlich. Erst 1994 erhielt dieses Gruppenverhalten leuchtender Bakterien während einer Brainstorming-Sitzung von Greenbergs Forschungsteam endlich einen offiziellen Namen: „Quorum Sensing“. Dieses Gebiet war zu dieser Zeit ziemlich innovativ und um die Aufmerksamkeit der akademischen Gemeinschaft auf sich zu ziehen, musste der Name etwas einzigartig sein. Wie erwartet wurde der Name „Quorum Sensing“ von der akademischen Gemeinschaft allmählich allgemein akzeptiert, und immer mehr Wissenschaftler widmen ihm ihre Aufmerksamkeit und untersuchen ihn, sodass sich allmählich eine größere Gruppe bildet. Derzeit gibt es weltweit Hunderte von Laboren, die entsprechende Forschung betreiben.

Als Basler 1990 am Agron-Institut ankam, konzentrierte er sich jedoch nicht auf Vibrio fischeri, sondern wandte sich Vibrio harveyi zu. Basler entdeckte, dass Vibrio harveyi bei der Kommunikation mit seiner eigenen Art ebenfalls auf einen HSL-Autoinduktor angewiesen ist. Der Unterschied besteht darin, dass Vibrio harveyi auch ein anderes chemisches Molekül freisetzt, um das Quorum Sensing zwischen den Arten zu stimulieren. Das heißt, Vibrio harveyi verfügt über zwei verschiedene Quorum-Sensing-Systeme. Der erste Autoinduktor wird für die innerartliche Kommunikation verwendet und AI-1 genannt. Der zweite Autoinduktor wird für die Kommunikation zwischen Arten verwendet und AI-2 genannt. Es stellt sich heraus, dass Bakterien überhaupt nicht autistisch sind, sondern eher Sprachgenies.

Erst dann wurde den Wissenschaftlern klar, dass es in der Bakterienwelt möglicherweise ebenso wie beim Menschen mehrere Sprachen gibt. Spätere Studien ergaben, dass Bakterien sogar eine universelle Sprache haben. Zu den Autoinduktoren zählen nicht nur HSL, die gängigen Acylhomoserinlactone (AHLs), sondern auch andere Typen: Grampositive Bakterien verwenden beispielsweise im Allgemeinen Oligopeptid-Signalmoleküle (Autoinducing Peptide, AIP), Vibrio-spezifische Cholera-Autoinduktoren (Cholera-Autoinduktor 1, CAI-1) und Signalmoleküle für die Kommunikation zwischen Arten wie Furanoylborsäurediester (Autoinducer-2, AI-2) usw.

Die Entdeckung dieser Signalmoleküle ist das Ergebnis der harten Arbeit vieler Forscher und zugleich das unvermeidliche Ergebnis ihrer Erforschung. Hinter der Notwendigkeit verbirgt sich oft die Zufälligkeit, und manchmal wird sie sogar mit Romantik ausgeschmückt, wie etwa bei der Analyse der Kristallstruktur von KI-2, die ein wenig legendär ist. Zu dieser Zeit hatte Basler gerade begonnen, selbstständig sein eigenes Labor an der Princeton University zu leiten. Bald arbeiteten sie und der Kristallograph Fred Hughson zusammen, um die Kristallstruktur von unter experimentellen Bedingungen hergestelltem AI-2 zu analysieren. Die Analyseergebnisse schockierten alle anwesenden Forscher, denn das AI-2-Molekül enthielt tatsächlich Boratome und das Element „Bor“ ist in der Natur äußerst selten. Noch unglaublicher ist, dass das Bor aus einem Reagenzglas stammte. Um die Leistung von Glas zu verbessern, fügen Glashersteller oft etwas Bor hinzu, und diese Spurenmenge an Bor stellt den Lebensraum von Vibrio in der Natur perfekt wieder her. Stellen Sie sich vor: Hätten sie Reagenzgläser aus Kunststoff verwendet, die kein Bor enthielten, wäre das Geheimnis der Molekülstruktur von AI-2 vielleicht nicht so früh entdeckt worden! Interessanterweise verarbeiten verschiedene Bakterien AI-2 chemisch unterschiedlich, was es zu einer universellen Sprache in der Bakterienwelt macht.

Noch interessanter ist, dass einige Bakterien diese universelle Sprache nutzen können, um andere Populationen zu täuschen. Basler stellte beispielsweise fest, dass E. coli in einer gemischten Bakterienpopulation AI-2 von Vibrio cholerae konsumierte, was die Bakterien zu der Annahme verleitete, dass die Populationsgröße den für Quorum Sensing erforderlichen Schwellenwert nicht erreicht habe. Der Schlüssel zur Pathogenität von Vibrio cholerae liegt darin, dass es das Quorum Sensing aktiviert, um Toxine freizusetzen, die dann beim Wirt Durchfall verursachen. Wenn Vibrio cholerae feststellt, dass die für das Quorum Sensing erforderliche Anzahl nicht erreicht wurde, nutzt es die Gelegenheit, aus dem Wirtskörper zu schlüpfen und nach dem nächsten Opfer zu suchen. Auf diese Weise können E. coli im Darm möglicherweise eine Infektion und weitere Ausbreitung von Vibrio cholerae verhindern, indem sie das Quorum Sensing stören.

Bonnie Bassler und ihre leuchtenden Bakterien | Bildquelle: American Public Broadcasting Corporation,
https://www.pbs.org/wgbh/nova/body/bassler-bacteria-au.html)

Nach Jahrzehnten der Forschung wissen Wissenschaftler nun, dass Quorum Sensing die Expression von Hunderten von Genen in Bakterien ein- oder ausschalten kann. Mit anderen Worten: Der bakterielle Kommunikationsprozess setzt ein riesiges genetisches Programm in Gang. Dieser Vorgang ähnelt der Embryonalentwicklung und ermöglicht Bakterien, den Übergang vom Einzelmitglied zum Gruppenmitglied schnell zu vollziehen. Quorum Sensing reguliert auch viele andere Verhaltensweisen von Bakterien, wie etwa die Bildung von Biofilmen, die Produktion pathogener Faktoren, die Synthese von Antibiotika, die Konjugation und Übertragung von Plasmiden sowie die Migration und Bewegung von Bakterien.

Einige dieser Verhaltensweisen hängen mit den bakteriellen Pathogenitätsmechanismen zusammen. Der oben erwähnte Greenberg ist eine führende Persönlichkeit auf diesem Gebiet. Da er das Forschungsteam unabhängig leitete, beschäftigte er sich neben der Untersuchung von Vibrio fischeri auch mit Spirochäten und erzielte auf diesem Gebiet beachtliche Erfolge und erlangte großen Einfluss. Im Jahr 1988, nach seiner Rückkehr an seine Alma Mater, die University of Iowa, begann Greenberg, sich auf die Untersuchung des LuxR-Proteins in Vibrio fischeri zu konzentrieren.

Greenberg (E. Peter Greenberg) | Bildquelle: University of Washington

Zu diesem Zeitpunkt hatte Silverman bereits herausgefunden, dass das LuxR-Protein ein durch Autoinduktoren aktivierter Transkriptionsfaktor ist, der wiederum an Autoinduktoren bindet und am Quorum Sensing von Zellen beteiligt ist. Später entdeckte ein von Greenberg geleitetes Team, dass das C-Terminus des LuxR-Proteins konserviert ist, während das N-Terminus variabel ist. 30 % der Sequenz am C-Terminus behalten die Fähigkeit, das Lumineszenzgen zu aktivieren, benötigen jedoch kein Signalmolekül. Die 60 % der Sequenz, die dem N-Terminus am nächsten liegt, können an Signalmoleküle binden, haben jedoch keinen Einfluss auf die Gentranskription. Mit anderen Worten: Sie haben den molekularen Mechanismus der Beteiligung des LuxR-Proteins am Quorum Sensing weiter aufgeklärt und sind damit der vollständigen Entschlüsselung des bakteriellen Sprachsystems einen Schritt näher gekommen. Greenberg stellte sofort die gesamte Forschung an Spirochäten ein und widmete seine ganze Energie der Untersuchung der „Signale“ des Quorum Sensing.

Bei einem Treffen erfuhr er zufällig, dass Barbara Iglewskis Labor an der Universität Rochester die regulatorischen Gene des Pathogenitätsfaktors von Pseudomonas aeruginosa (auch bekannt als Pseudomonas aeruginosa) gefunden hatte, von denen eines eine Gensequenz aufwies, die eine hohe Homologie zum LuxR-Gen aufwies, was darauf hindeutet, dass Quorum Sensing eng mit der Produktion von Pathogenitätsfaktoren zusammenhängen könnte. Nach einer Phase der Kommunikation verstanden er und Iglewski sich gut und beschlossen sofort, zusammenzuarbeiten, wobei der Schwerpunkt auf der Untersuchung des Quorum Sensing von Pseudomonas aeruginosa liegen sollte. Im Laufe ihrer Forschung stellten sie fest, dass Quorum Sensing viele wichtige Gene steuert, die mit pathogenen Faktoren in Zusammenhang stehen.

Es ist erwähnenswert, dass Pseudomonas aeruginosa weit verbreitet ist und in der Haut, den Atemwegen und im Darm normaler Menschen gefunden werden kann. Es handelt sich jedoch auch um einen bedingten Erreger und einen der Haupterreger von Krankenhausinfektionen. Gleichzeitig ist es auch eine tödliche Todesursache bei Patienten mit Mukoviszidose (CF). CF ist eine autosomal-rezessive Erkrankung, von der in den Vereinigten Staaten etwa 35.000 Menschen betroffen sind. Der Schleim des Patienten ist zu dick, sodass die Lunge die Bakterien nur schwer ausscheiden kann und es relativ leicht zu Infektionen kommt. Wenn Pseudomonas aeruginosa bei niedriger Zellkonzentration Virulenzproteine ​​produziert, ist dies zweifellos eine Erinnerung an den Wirt, so schnell wie möglich eine Immunantwort einzuleiten. Pseudomonas aeruginosa ist jedoch sehr schlau. Nur wenn die Konzentration seiner eigenen Zellen sehr hoch ist, aktiviert es das Quorum Sensing und produziert toxische Proteine, wodurch das Lungengewebe zerstört und die Lungenfunktion ernsthaft geschädigt wird.

Während der Behandlung müssen CF-Patienten weiterhin Antibiotika einnehmen. Allerdings ist Pseudomonas aeruginosa von Natur aus gegen die meisten Antibiotika resistent und kann schnell Resistenzmutationen entwickeln, was das Ganze noch schlimmer macht! Im Laufe der Jahre gerieten CF-Patienten in einen Sumpf ohne Heilung und ließen sich von der Krankheit quälen, bis sie starben. Wenn es eines Tages gelingt, Inhibitoren des Quorum Sensing zu entwickeln, könnte dies den CF-Patienten Linderung verschaffen.

Hastings sagte einmal in einem Interview: „Im Vergleich zu einem sehr praktischen Forschungsfeld wie Krebs handelt es sich bei der Biolumineszenz oder dem circadianen Rhythmus um eine sehr grundlegende Forschung, und die Forscher müssen eine echte Liebe dafür haben.“ Womit er nicht gerechnet hatte, war, dass Wissenschaftler aufgrund der Forschung zur Biolumineszenz nach und nach sein „Quorum Sensing“ entwickelten und nun, ohne es zu wissen, Grundlagenforschung in die Praxis umsetzten.

drei

Viren lauschen

In den letzten Jahren haben Forscher begonnen, mit Pharmaunternehmen zusammenzuarbeiten, um Quorum-Sensing-Inhibitoren zu entwickeln. Sie hoffen, so neue Technologien zur Bekämpfung von Krankheiten zu entwickeln, damit die Patienten nicht länger unter bakteriellen Resistenzen leiden und so bald wie möglich in die „postantibiotische Ära“ eintreten können. Das Problem ist, dass viele listige Bakterien sehr geduldig sind. Sie wissen, dass ein einzelnes Bakterium von seinem Wirt problemlos eliminiert werden kann. Sie replizieren, teilen und mutieren also still und leise und warten auf den richtigen Zeitpunkt. Bis sie meinen, die Gruppe habe eine gewisse Größe erreicht, werden sie kollektive Aktionen starten, koordiniert kämpfen und den Gastgeber angreifen. Man erkennt, dass es sich keineswegs um einen „Mob“ handelt. Aus diesem Grund haben Wissenschaftler und Pharmaunternehmen bisher keine wirksamen Medikamente entwickelt, um das bakterielle „Quorum Sensing“ zu bekämpfen und die bakteriellen Festungen zu durchbrechen.

Schematische Darstellung des Quorum Sensing | Bild von Twitter

Selbst eine solche „Elitetruppe“ hat natürliche Feinde. Es gibt bereits andere Arten auf der Welt, die ihre Geheimnisse schneller geknackt haben als der Mensch: Bakteriophagen – Viren, die in Bakterien eindringen.

Eines Tages stellte Justin Silpe, ein Doktorand von Basler, die kühne Idee auf, dass Viren die Kommunikation von Bakterien belauschen könnten. Obwohl Baszler skeptisch war, ließ er ihm dennoch freies Erkunden. Silpe verwendete einen Bakteriophagen namens VP882, um Salmonellen zu infizieren. Er beobachtete, dass Phagen molekulare Signale ihrer Wirte aufnehmen, sich jedoch nicht an der bakteriellen Kommunikation beteiligen und diese nutzen, um zu entscheiden, wann sie die Bakterien angreifen. Wenn das Signal immer stärker wird, weiß das Virus, dass die Bakterienpopulation groß genug ist und es Zeit ist, Nachkommen zu produzieren und den Wirt zu lysieren! Die neu freigesetzten Bakteriophagen infizieren dann andere Bakterien und führen zur Auslöschung der gesamten Bakterienarmee.

Nur ein Jahr bevor Silpe seine Forschungsergebnisse veröffentlichte, bestätigte ein Labor am Weizmann Institute of Science in Israel die Existenz eines Kommunikationssystems in Viren. Ursprünglich wollten Rotem Sorek und sein Team Bakterien mit Bakteriophagen infizieren und dann beobachten, ob die Bakterien die Phagen allein oder in Gruppen angreifen würden, doch sie machten eine unerwartete Entdeckung. Bakterien sind sehr leise, Viren hingegen sind laut. Es stellt sich heraus, dass Viren Informationen in ihrer eigenen Sprache übertragen. Phagen wissen, wann sie in Wirtszellen inaktiv bleiben und wann sie angreifen müssen. Im weiteren Verlauf der Forschung entdeckte Sorek, dass das von Phagen verwendete Signalmolekül ein Oligopeptid war, und nannte dieses Molekül „Arbitrium“.

Durch die Untersuchung von Viren haben Wissenschaftler ein besseres Verständnis des Quorum-Sensing-Systems von Mikroorganismen gewonnen und neue Durchbrüche bei der Bekämpfung mikrobieller Infektionen erzielt. Wir dürfen jedoch nicht vergessen, dass Mikroorganismen überall sind und seit Milliarden von Jahren auf der Erde existieren. Auch wenn die Vision der Wissenschaftler großartig ist, ist der Weg, der vor uns liegt, lang und beschwerlich!

Vielen Dank an Professor Jing Yan von der Yale University für seine professionelle Anleitung und geduldige Bewertung!

Hauptreferenzen

[1] Gustave Le Bon, Die Menge: Die Psychologie der Gruppen, übersetzt von Dong Qiang, Zhejiang Literature and Art Publishing House, 2018.

[2] Frank H. Johnson, Edmund Newton Harvey (1887-1959), National Academy of Sciences, 1967.

[3] L. Stephen Coles, Bernard Strehler (University of Southern California, Professor für Biologie), Journal of Anti-aging Medicine, Band 4, Nummer 3, 2001, S. 233-234.

[4] Tinsley H. Davis, Profil von J. Woodland Hastings, Proceedings of the National Academy of Sciences Jan 2007, 104 (3) 693-695.

[5] Farooq Ahmed, Profil von Bonnie L. Bassler, Proceedings of the National Academy of Sciences Apr 2008, 105 (13) 4969-4971.

[6] Tinsley H. Davis, Biographie von EP Greenberg, Proceedings of the National Academy of Sciences Nov 2004, 101 (45) 15830-15832.

[7] Website der US-amerikanischen Centers for Disease Control and Prevention zum Thema Mukoviszidose.
https://www.cdc.gov/genomics/disease/cystic_fibrosis.htm#:~:text=Cystic%20fibrosis%20(CF)%20is%20a,makes%20infections%20more%20likely%3B%20and

[8] Bernard L. Strehler, Milton J. Cormier, Faktoren, die die Lumineszenz zellfreier Extrakte des leuchtenden Bakteriums Achromobacter fischeri beeinflussen, Archives of Biochemistry and Biophysics, 1953: S. 16-33.

[9] Susan Brink, Ein Virus kann die Kommunikation von Bakterien belauschen, 13. Dezember 2018. https://www.npr.org/sections/goatsandsoda/2018/12/13/676389858/a-virus-can-eavesdrop-on-bacterial-communication

[10] Elie Dolgin, Das geheime soziale Leben von Viren, Nature, 18. Juni 2019.
https://www.nature.com/articles/d41586-019-01880-6

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