Bakteriengenetik Scherer

Sensorkinase (1. Komponente) nimmt ein Signal aus der Umwelt auf und es kommt zur Autophoshorylierung. Die Phosphorgruppe wird an einen Regulator übertragen. Dieser phosphorylierte Responseregulator (2.Komponente) bindet an Operator/Aktivator und schaltet die Genexpression aus/ein. In einem solchen System existiert außerdem eine Phosphatase welche den Regulator dephosphoreliert und die Regulation aufhebt.

Beim advanced Typ wird die Phosophorgruppe über mehrere Zwischenschritte von der Sensorkinase auf den Responseregulator übertragen. Obwohl dies komplexer ist, wird hierdurch die einzelnen Zwischenschritte eine genauerer Regulierung möglich.

Kommunikation mit Bakterien der eigenen Spezies oder manchmal über andere Spezies hinweg. Quorum Sensing misst die Populationsdichte der Bakterien. Bakterien wissen also wie viele andere Bakterien der gleichen Art noch im Lebensraum präsent sind.

Ablauf:

• Bakterien produzieren ein Signalmolekül und sekretieren es in die Umwelt
• Signalmolekül kann von Rezeptoren auf der Zytoplasmamembran erkannt werden.
• Wenn in der Umwelt viele Bakterien sind, dann werden auch viele Signalmoleküle produziert und über die Konzentration kann das Bakterium wahrnehmen wie viele Bakterien sich im Umfeld befinden.
• Abhängig davon kann das Bakterium seine Gene regulieren, z.B bestimmte Gene abschalten

Sie unterscheiden sich durch die Signalmoleküle. Gram positive Bakterien haben Oligo Peptide als Signalmoleküle, die durch Transporter in den extrazellulären Bereich gebracht werden. Es wird ein 2 Komponten System für die Erkennung der Signalmoleküle verwendet. In Gram negative Bakterien hingegen werden acyl homoserin lactones (AHL) als Signalmoleküle verwendet. Diese Moleküle werden nicht durch ein 2 Komponentensystem erkannt sondern werden nach Überschreitung einer Konzentrationsschwelle dirket in die Zelle aufgenommen und kommen dort mit dem Transkriptionsfaktor in Kontakt.

• Virulenzregulation => Bakterien schalten Virulenzgene erst ein, wenn sie in ausreichend großer Anzahl vorliegen, da sie sich dann zu Beginn unentdeckt im Wirt vermehren können und dann sobald das geschehen ist, können die Virulenzgene eingeschaltet werden
• Luciferase Expression => nur sinnvoll wenn viele Bakterien in der Nähe da es sonst nicht zum Leuchten des gesamten Wirtes kommt
• Motilität => Gibt es viele Bakterien in einer Gegen so kann es sinnvoll sein motil zu werden und von der Gegend wegzuschwimmen
• Kompetenz => DNA Aufnahme wenn viele lysierte Bakterien in der Nähe
• Sporulation => nur sinnvoll wenn es viele Bakterien gibt
• Biofilmbildung => Aufrechterhaltung ers möglich hohe Bakteriendichte

• Quorum Sensing
• Interzelluläre Nanotubes (direkte Verbindungen, Kommunikation und Stoffaustausch)
• Nano Wires (klein also kein Stoffaustausch aber Kommunikation, z.B elektronisch)
• Extrazelluäre Membran Vesikel (EMV)

OmpC kleinere Poren und OmpF machte größer Poren (Omp = Outer membrane protein)

Wenn hohe Osmolatität in der Umgebung , dann werden kleine Poren hoch reguliert  (OmpC) und große Poren werden herunterreguliert (OmpF). Hierfür gibt es eine Sensorkinase die durch den hohen osmotischen Wert stimuliert wird (Autophospholyrung). Phosphor wird an OmpR (Responseregulator) übertragen. Dieser reguliert die Operons von OmpC und OmpF. Beide Operons haben Promotor, Operator und Aktivatorstelle. OmpR kann ann alle Regulationsstellen binden. Aktivatorstelle von OmpC hat niedrige Affinität gebunden und die Synthese von OmpC wird hochgefahren. Im Falle von OmpF wird bei hoher OmpR Konzentration der Aktivator mit hoher Affinität gebunden aber auch der Repressor mit niedriger Aktivität. Damit wird die OmpF Synthese heruntergefahren.

Bei geringer Osmolarität wird OmpR dephosphoryliert und es wird die Aktivatorstelle von OmpC nicht mehr gebunden. Weitherhin wird die Repressorstelle von OmpF nicht mehr gebunden, da diese niedrige Affinität hat. Die hohe Affinität der OmpF Aktivatorstelle erlaubt weiterhin die Bindung von dem in geringer Konzentration vorhandenen OmpR und somit findet eine erhöhte Produktion von OmpF statt.

Kommunikation über Signalmoleküle oder über Membranvesikeln (zw. Prokaryoten und Eukaryoten)