Pflanzenmetabolit hemmt Biofilmbildung von Bakterien.
Methylerythritolcyclodiphosphat (MEcPP) ist ein Zwischenprodukt des Methylerythritolphosphatweges (MEP), der sowohl in Pflanzenplastiden als auch in Bakterien zur Biosynthese von Isoprenoiden führt. In Pflanzen wirkt MEcPP auch als Stresssignal, vor allem bei oxidativem Stress. Auch in Bakterien scheint MEcPP eine Signalfunktion in der Stressanpassung zu haben. Das haben Wissenschaftler/innen der University of California und Partner des IPB jüngst herausgefunden. Im Escherichia coli-Laborstamm K12 konnten die Wissenschaftler erhöhte MEcPP-Spiegel nachweisen, nachdem sie die Mikroorganismen oxidativem Stress ausgesetzt hatten. In der Folge produzierten die Bakterien weniger Fimbrien, die als adhäsive Zellanhänge zur Bildung von Biofilmen benötigt werden. Kolibakterien unter oxidativem Stress bilden demnach weniger Biofilme als unter Normalbedingungen.
MEcPP bindet in E.coli an das histonähnliche Nukleoidstrukturierungsprotein (H-NS), wie die Hallenser Partner mit Hilfe von Limited Proteolysis-Coupled Mass Spectrometry (LiP-MS) nachweisen konnten. H-NS ist ein Repressor des bakteriellen fimE-Genes, das seinerseits die Fimbrienbildung negativ reguliert. Eine Bindung von MEcPP an H-NS unterbindet die Repression von fimE auf Transkriptebene, wodurch mehr FimE-Protein gebildet wird, welches folglich die Fimbrienbildung abgeschaltet. Diese Signalkaskade führt demnach über eine verringerte Fimbrienformierung zur Unterbrechung der Biofilmbildung, so die Ergebnisse des Forscherteams. MEcPP spielt also sowohl bei der pflanzlichen als auch bei der bakteriellen Stressantwort eine Rolle.
Obgleich Bakterien die Bildung von Biofilmen häufig als Schutzmechanismus gegen Umweltstress initiieren, scheint dies im Falle von oxidativem Stress nicht hilfreich zu sein. Offenbar haben die Bakterien in ihrer Lebensform als Einzelorganismus bessere Überlebens-Chancen bei oxidativem Stress, weil sie außerhalb des Biofilmverbundes ihren Zugang zu Antioxidantien verbessern können. MEcPP, so das Fazit der Wissenschaftler, könnte als Signalstoff weitere bakterielle H-NS-regulierte Stoffwechselwege beeinflussen und möglicherweise auch die Virulenzgene von pathogenen E. coli-Stämmen, wie die Erreger von Magen-Darm- und Harnwegsinfekten, modulieren. Ob auch andere Bakterienarten, wie Staphylokokken oder Streptokokken durch MEcPP beeinflusst werden, sollte durch weitere Forschungsarbeiten geklärt werden. Ein besseres Verständnis der Regulation der Biofilmbildung durch MEcPP kann bei der Entwicklung von neuen Strategien gegen chronische Infektionskrankheiten oder gegen Biofouling auf Schiffsrümpfen hilfreich sein.
