Dieser Artikel wurde gemäß den redaktionellen Richtlinien und Verfahren von Science X geprüft. Die Redaktion hat bei der Sicherstellung der inhaltlichen Integrität folgende Aspekte besonders berücksichtigt:
Die klebrige Außenschicht von Pilzen und Bakterien, die sogenannte extrazelluläre Matrix (ECM), hat eine gelartige Konsistenz und dient als Schutzschicht und Hülle. Laut einer kürzlich in der Fachzeitschrift iScience veröffentlichten Studie der University of Massachusetts Amherst in Zusammenarbeit mit dem Worcester Polytechnic Institute bildet die ECM einiger Mikroorganismen jedoch nur in Gegenwart von Oxalsäure oder anderen einfachen Säuren ein Gel.
Da die extrazelluläre Matrix (ECM) bei allem eine wichtige Rolle spielt, von Antibiotikaresistenzen über verstopfte Rohre bis hin zur Kontamination medizinischer Geräte, hat das Verständnis dafür, wie Mikroorganismen ihre klebrigen Gelschichten manipulieren, weitreichende Auswirkungen auf unser tägliches Leben.
„Ich habe mich schon immer für mikrobielle ECMs interessiert“, sagte Barry Goodell, Professor für Mikrobiologie an der University of Massachusetts Amherst und Hauptautor der Studie. „Oft wird die ECM als inerte, schützende Außenschicht betrachtet, die Mikroorganismen schützt. Sie kann aber auch als Kanal fungieren, der den Transport von Nährstoffen und Enzymen in und aus den mikrobiellen Zellen ermöglicht.“
Die Beschichtung erfüllt mehrere Funktionen: Durch ihre Klebrigkeit können sich einzelne Mikroorganismen zu Kolonien oder „Biofilmen“ zusammenballen, und wenn dies in ausreichender Menge geschieht, können Rohre verstopfen oder medizinische Geräte kontaminiert werden.
Die Hülle muss aber auch durchlässig sein. Viele Mikroorganismen scheiden verschiedene Enzyme und andere Stoffwechselprodukte durch die extrazelluläre Matrix (ECM) in das Material aus, das sie fressen oder infizieren wollen (wie z. B. verrottendes Holz oder Wirbeltiergewebe). Sobald die Enzyme ihre Verdauungsarbeit abgeschlossen haben, transportieren sie die Nährstoffe durch die ECM, wo die Verbindung wieder vom Körper aufgenommen wird.
Das bedeutet, dass die extrazelluläre Matrix (ECM) nicht nur eine inerte Schutzschicht ist. Mikroorganismen scheinen, wie Goodell und Kollegen gezeigt haben, die Klebrigkeit ihrer ECM und damit deren Permeabilität steuern zu können. Wie gelingt ihnen das? (Foto: B. Goodell)
Bei Pilzen scheint es sich bei dem Sekret um Oxalsäure zu handeln, eine häufig vorkommende organische Säure, die natürlicherweise in vielen Pflanzen vorkommt. Wie Goodell und seine Kollegen herausfanden, nutzen viele Mikroben die von ihnen abgesonderte Oxalsäure, um sich an die äußere Kohlenhydratschicht zu binden und so eine klebrige, gelartige extrazelluläre Matrix (ECM) zu bilden.
Bei genauerer Betrachtung entdeckte das Team jedoch, dass Oxalsäure nicht nur die ECM-Produktion fördert, sondern diese auch reguliert: Je mehr Oxalsäure die Mikroben der Kohlenhydrat-Säure-Mischung hinzufügten, desto viskoser wurde die ECM. Eine höhere Viskosität der ECM behindert den Ein- und Austritt großer Moleküle in die Mikroben, während kleinere Moleküle weiterhin ungehindert aus der Umgebung in die Mikroben gelangen und umgekehrt können.
Diese Entdeckung stellt das traditionelle wissenschaftliche Verständnis darüber in Frage, wie die verschiedenen von Pilzen und Bakterien freigesetzten Verbindungen in die Umwelt gelangen. Goodell und seine Kollegen vermuten, dass Mikroorganismen in manchen Fällen verstärkt auf die Sekretion kleinster Moleküle angewiesen sein könnten, um die Matrix oder das Gewebe anzugreifen, von dem sie zum Überleben oder zur Infektion abhängen.
Dies bedeutet, dass die Sekretion kleiner Moleküle ebenfalls eine große Rolle bei der Pathogenese spielen kann, wenn größere Enzyme die extrazelluläre Matrix der Mikroorganismen nicht passieren können.
„Es scheint einen Mittelweg zu geben“, sagte Goodell, „bei dem Mikroorganismen den Säuregehalt so regulieren können, dass sie sich an eine bestimmte Umgebung anpassen, indem sie einige der größeren Moleküle, wie zum Beispiel Enzyme, zurückhalten, während kleinere Moleküle die extrazelluläre Matrix problemlos passieren können.“
Die Modulation der extrazellulären Matrix (ECM) durch Oxalsäure könnte Mikroorganismen einen Schutzmechanismus gegen antimikrobielle Mittel und Antibiotika bieten, da viele dieser Wirkstoffe aus sehr großen Molekülen bestehen. Diese Anpassungsfähigkeit könnte der Schlüssel zur Überwindung einer der größten Hürden in der antimikrobiellen Therapie sein, denn die Manipulation der ECM hin zu erhöhter Permeabilität könnte die Wirksamkeit von Antibiotika und antimikrobiellen Mitteln verbessern.
„Wenn wir die Biosynthese und Sekretion kleiner Säuren wie Oxalat in bestimmten Mikroben kontrollieren können, können wir auch kontrollieren, was in die Mikroben gelangt, was uns in die Lage versetzen könnte, viele mikrobielle Krankheiten besser zu behandeln“, sagte Goodell.
Weiterführende Informationen: Gabriel Perez-Gonzalez et al., Interaktion von Oxalaten mit Beta-Glucan: Auswirkungen auf die extrazelluläre Matrix und den Metabolitentransport von Pilzen, iScience (2023). DOI: 10.1016/j.isci.2023.106851
Sollten Sie einen Tippfehler oder eine Ungenauigkeit entdecken oder einen Änderungsantrag zu Inhalten auf dieser Seite stellen wollen, nutzen Sie bitte dieses Formular. Für allgemeine Fragen verwenden Sie bitte unser Kontaktformular. Für allgemeines Feedback nutzen Sie bitte den unten stehenden Bereich für öffentliche Kommentare (folgen Sie den Anweisungen).
Ihr Feedback ist uns sehr wichtig. Aufgrund der hohen Anzahl an Nachrichten können wir jedoch keine persönliche Antwort garantieren.
Ihre E-Mail-Adresse dient ausschließlich dazu, den Empfängern den Absender mitzuteilen. Weder Ihre noch die E-Mail-Adresse des Empfängers werden für andere Zwecke verwendet. Die von Ihnen eingegebenen Informationen erscheinen in Ihrer E-Mail und werden von Phys.org in keiner Form gespeichert.
Erhalten Sie wöchentliche und/oder tägliche Updates per E-Mail. Sie können sich jederzeit abmelden und wir geben Ihre Daten niemals an Dritte weiter.
Wir stellen unsere Inhalte allen zugänglich zur Verfügung. Unterstützen Sie Science X mit einem Premium-Konto.
Diese Website verwendet Cookies, um die Navigation zu erleichtern, Ihre Nutzung unserer Dienste zu analysieren, Daten zur Personalisierung von Werbung zu erfassen und Inhalte von Drittanbietern bereitzustellen. Durch die Nutzung unserer Website bestätigen Sie, dass Sie unsere Datenschutzrichtlinie und Nutzungsbedingungen gelesen und verstanden haben.