Fachbereich 5

Biologie


Osnabrück University navigation and search


Main content

Top content

Mikrobiologie

Die Abteilung Mikrobiologie untersucht molekulare Funktionen bakterieller Zellen. Dabei interessieren uns Fragestellungen der Pathogenität von Bakterien wie auch grundlegende Zellfunktionen wie der Aufbau komplexer molekularer Maschinen.

Prof. Dr. Michael Hensel

Telefon: +49 (0)541 969 - 3941 (Sekretariat Frau Beran, Frau Bergs)
Sprechzeiten n. V.

michael.hensel@biologie.uni-osnabrueck.de

Publikationen

homepage

Höhere Organismen wie der Mensch sind im ständigen Kontakt mit Mikroorganismen und viele Bereiche des Körpers sind mit Mikroorganismen besiedelt. Während diese Koexistenz in der Regel unbemerkt abläuft, können einige Mikroorganismen Krankheiten hervorrufen.

Am Modellorganismus Salmonella enterica, einem darmpathogenen Bakterium, untersucht die Arbeitsgruppe die zellulären und molekularen Mechanismen der Krankheitsentstehung. Die genaue Kenntnis bakterieller Virulenzfaktoren kann die zukünftige Entwicklung neuer Ansätze zur Prävention, Diagnose und Therapie von Infektionserkrankungen ermöglichen. Mit Blick auf die zunehmende Resistenz von Bakterien gegen Antibiotika ist besonders die Entwicklung neuer Therapieansätze wichtig.

Abbildung 1 Wechselwirkung von Salmonellen mit Epithelzellen. Die elektronenmikroskopischen Aufnahmen zeigen die Adhäsion an die Zelloberfläche und die Invasion durch Salmonellen (rot pseudo-koloriert).

Salmonellen können durch gentechnische Verfahren so verändert werden, dass sie als Trägern für Impfstoffe genutzt werden können. Unsere Arbeitsgruppe arbeitet an der Erzeugung von rekombinanten Lebensimpfstoffen zum Schutz gegen Infektionen, wie auch zur Therapie von Tumoren (siehe Husseiny et al., 2007).

Die Virulenzleistungen pathogener Bakterien werden häufig von Genen in Pathogenitätsinseln kodiert, die im Fall von Salmonellen als 'Salmonella Pathogenicity Island' oder SPI bezeichnet werden. Als darmpathogene Erreger, treten Salmonellen über diverse Adhäsionsfaktoren in engen Kontakt mit Wirtszellen und sind in der Lage, nicht-phagozytische Zellen des Wirtsorganismus zu invadieren, z.B. Epithelzellen des Darms (siehe Gerlach et al., 2008). Zudem sind Salmonellen fakultativ intrazelluläre Bakterien, die in einem besonderen Membrankompartiment überleben und replizieren können. Unter den zahlreichen SPI sind SPI1 und SPI4 von besonderer Bedeutung für die Fähigkeit von extrazellulären Bakterien zur Adhäsion an polarisierte Epithelzellen und deren Invasion, während SPI2 und SPI3 für intrazelluläre Funktionen von entscheidender Bedeutung sind.

Abbildung 2 Intrazelluläre Virulenzleistungen von Salmonellen. Epithelzellen wurden mit Salmonellen (grün) infiziert und die Bakterien liegen nach Invasion intrazellulär vor. Ein spät-endosomales Protein der Wirtszelle (LAMP-1) wurde rot markiert. Virulente Salmonellen (links), nicht aber ein attenuierter Mutanten-Stamm (rechts) induzieren schlauchartige Veränderungen der endosomalen Membranen der Wirtszelle.

Wir untersuchen die molekularen Mechanismen der Manipulation von Vorgängen in Wirtszellen durch bakterielle Virulenzproteine. Pathogene Bakterien benutzen diverse Systeme zur Sekretion von Proteinen. Mittels der komplex aufgebauten Typ-III-Sekretionssyteme (T3SS) können Bakterien Virulenzproteine direkt in Zellen des Wirts zu injizieren. Dabei benutzen Salmonellen T3SS zur Umsteuerung von normalen Zellfunktionen der Wirtszelle, was zur Invasion von Zellen führt. Zudem benutzen die intrazellulären Erreger ein weiteres T3SS, um den Vesikeltransport der Wirtszelle zu verändern und eine intrazelluläre Vermehrung zu ermöglichen (siehe Rajashekar et al., 2008). Die Arbeitsgruppe untersucht zudem den Aufbau von T3SS (siehe Chakravortty et al, 2005). 

Abbildung 4 Zellbiologie intrazellulärer Salmonellen (grüne Symbole). Die Schritte der Reifung der Erreger-haltigen Vakuole sind dargestellt.

Abbildung 3 Modell (links) und Ultrastruktur (rechts) eines Typ-III-Sekretionssystems. Diese Systeme weisen einen Nadel-förmigen Aufbau auf und können Proteine aus dem Zytoplasma der Bakterienzellen in das Zytoplasma der Wirtszelle translozieren. Die so injizierten Effektorproteine können diverse Funktionen eukaryontischer Zellen manipulieren.

 

 

 

Die Synthese bzw. Hydrolyse von ATP, der Energiewährung aller Zellen, erfolgt durch die ATP-Synthase (FoF1), einer rotatorischen Maschine mit zwei Motoren, die elektrochemische Energie über mechanische Prozesse in chemische Energie wandelt. Ausgehend vom detaillierten Kenntnisstand der Nanostruktur und des Katalyse-Mechanismus von FoF1 untersuchen wir die Assemblierung des Enzymkomplexes in Escherichia coli, der 22 lösliche und membranintegrale Untereinheiten miteinander kombiniert. Dabei gilt es zu klären, ob die Untereinheiten sequentiell eingebaut werden oder ob einzelne Subkomplexe vorgeformt und dann zu einem Gesamtkomplex zusammengefügt werden. Parallel dazu untersuchen wir mit fluoreszenzmikroskopischen Techniken die Verteilung und Dynamik der ATP Synthase in der cytoplasmatischen Membran und suchen nach möglichen Interaktionspartnern.

Literaturauswahl

  • Chakravortty, D., Rohde, M., Jager, L., Deiwick, J., and Hensel, M. (2005). Formation of a novel surface structure encoded by Salmonella Pathogenicity Island 2. EMBO J 24, 2043-2052.
  • Gerlach, R.G., Claudio, N., Rohde, M., Jäckel, D., Wagner, C., and Hensel, M. (2008). Cooperation of Salmonella pathogenicity islands 1 and 4 is required to breach epithelial barriers. Cell Microbiol 10, 2364-2376.
  • Husseiny, M.I., Wartha, F., and Hensel, M. (2007). Recombinant vaccines based on translocated effector proteins of Salmonella Pathogenicity Island 2. Vaccine 25, 185-193.
  • Krebstakies, T., Aldag, I., Altendorf, K., Greie, J.C., and Deckers-Hebestreit, G. (2008). The stoichiometry of subunit c of Escherichia coli ATP synthase is independent of its rate of synthesis. Biochemistry 47, 6907-6916.
  • Rajashekar, R., Liebl, D., Seitz, A., and Hensel, M. (2008). Dynamic remodeling of the endosomal system during formation of Salmonella-induced filaments by intracellular Salmonella enterica. Traffic 9, 2100-2116.