Bakterien im Kettenhemd: Laktobazillen schützen sich mit einem Gitter aus Proteinen

Schematischer Überblick über die Zellwandzusammensetzung von Lactobacillus: Die S-Layer (grün und gelb) ist die äußerste Schicht, die das gesamte Bakterium wie ein Kettenhemd bedeckt. Bild: Rehan - stock.adobe.com

Wir kennen sie aus der Werbung für Joghurts oder andere probiotische Nahrungsmittel: Laktobazillen. Die Milchsäurebakterien spielen eine wichtige Rolle im Darm, aber auch im Mikrobiom von Schleimhäuten in anderen Regionen unseres Körpers. Forschenden der Universität Graz ist es nun erstmals gelungen, die dreidimensionale Struktur der Proteinschicht an der Oberfläche von Laktobazillen aufzuklären. Sie schützt die Bakterien wie ein Kettenhemd vor Angriffen von außen. Dieses Wissen ist wertvoll. Es eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Darmerkrankungen und den Transport pharmazeutischer Wirkstoffe. Die neuen Erkenntnisse wurden im Wissenschaftsjournal PNAS veröffentlicht.

Laktobazillen zählen eindeutig zu den Guten. Sie regulieren die Immunantwort, wirken entzündungshemmend und verdrängen krankmachende Keime, indem sie an menschliche Zellen andocken, sodass gefährliche Bakterien dort keinen Platz mehr finden. Bei dieser Interaktion, beispielsweise mit der Darmwand, spielt die Oberflächen-Schicht – englisch Surface Layer, kurz S-Layer – der Laktobazillen eine wesentliche Rolle. „Als äußerste Hülle bilden Milchsäurebakterien ein Gitter aus Proteinen, das sie wie ein Kettenhemd umgibt“, schildern Theo Sagmeister und Nina Gubensäk, Erstautor:innen der jüngsten Publikation und Forscher:innen in der Arbeitsgruppe von Tea Pavkov-Keller am Institut für Molekulare Biowissenschaften der Uni Graz. Die detaillierte dreidimensionale Struktur des Protein-Gitters hat das Team nun zum ersten Mal entschlüsselt.

„Zum einen erfüllen die S-Layer von Laktobazillen eine Schutzfunktion, zum anderen interagieren sie intensiv mit menschlichen Zellen im Darm. Beides ist sehr nützlich für Drug-Delivery-Systeme“, verweist Tea Pavkov-Keller auf die weiterführende Bedeutung der neuen Erkenntnisse. „Mit Hilfe solcher Strukturen könnte man im Nanomaßstab Medikamente im Körper sicher und kontrolliert an ihr Ziel transportieren, wo sie dann in der richtigen Menge ihre therapeutische Wirkung entfalten können“, so die Forscherin.

Publikation
The molecular architecture of Lactobacillus S-Layer: Assembly and attachment to teichoic acids
Sagmeister et al.
PNAS, 5. Juni 2024
https://doi.org/10.1073/pnas.2401686121

Nina Gubensäk, Christoph Grininger, Theo Sagmeister, Tea Pavkov-Keller, Lukas Petrowitsch und Christoph Buhlheller ©Uni Graz/Tzivanopoulos

Das Forschungsteam: Nina Gubensäk, Christoph Grininger, Theo Sagmeister, Tea Pavkov-Keller, Lukas Petrowitsch und Christoph Buhlheller (v.l.). Foto: Uni Graz/Tzivanopoulos

Gudrun Pichler

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