Paper "Interfering wirh Bacterial Quorum Sensing"

Ein Signalmechanismus von Bakterien

Bei den Meeresbakterien Vibro fischeri

beschreibt die Fähigkeit eines Organismus, die Aktivität seiner Genexpressionsmaschinerie

an die Populationsdichte in der nahen Umgebung anzupassen

ermöglicht Bakterien in Gemeinschaft zu agieren und Phänotypen auszubilden

• aktiv durch die Zellmembran

• passiv durch Diffusion

Spiegelt die Zellpopulationsduchte wider

• veröndert Genexpressionsprogramm der Bakterienzellen

• Expression bestimmter Gene wird gesteuert

• Bakterien können Gene regulieren die für Überleben wichtig sind

• z.B bei Otganisation von Biolumineszenz, Bildung von Biofilmen, Produktion von Antibiotika, Expression von Virulenzfaktoren oder Transfer von genetischem Material

• Die AI Moleküle unterscheiden sich

  • Gramnegative Bakterien benutzen N-Acyl-L-Homoserinlactone (AHL)

  • Grampositive verwenden sejretierte Peptide

• Gram positive: werden synthetisiert und aktiv transportiert

• Gram negativ: diffunfieren passiv, vereinzelt aich aktiv z.B Enterobacterien, AHL oder Pasteurellaceae

• Selektionsdruck soll Population resistenter Stämme verringern

• inhibitoren sind z.B AHLase

• Z-Z Kommunikation um Genexpression an Phänotypen anzupassen

• 
  

• gehen symbiontische beziehung ein, profitiert von Nährstoffen

• Wirt profitiert von Lumineszenzreaktion

• Gene luxl und luxr

  • luxl sitzt im luxlCDABE-Operon

• Luciferaseinehiten werden von luxAB exmprimiert

Ist Teil des Reduktasesytsems der Luciferase der Alehyd Biosynthese

Signalmolekül HSL, welches passiv zwischen intra- und extrazellulärer Umgewbung diffundiert

Wird ab einer bestimmtem Konzentrationsschwelle aktiviert und HSL bindet an das Operon an die binding sequence und unterdrückt die Bindung von LuxR-HSL und durch eine negative Rückkopllung auch die Bindung von luxR-HSL die Expression von luxlCDABE

• niedrige Transkriotionsrate von luxlCDABE

• niedriges HSL-Niveau = geringe Lichtproduktion

• Synthese von mehr AI-Molekülen

• gesteigerte Lichtproduktion

• Gramnegatives Bakterium

• Verursacht zystische Fibrose durch Biofilmbildung

• Häufig Verursacher von krankenhaus Infektionen

• kritisch bei HIV Patienten

• multiresistent und schwer zu behandeln

• Einbau von spontanen plasmakodierten resistenzgenen

• Zell-zell-Koommunikation, um Virulenzfaktoren zu regulieren und ermöglich Biofilmbildung

  • ermöglicht Wirtsabwehrsysteme und provouiert chronische Infektionen

• LasA, LasB: Auswirkung auf Flexibilität der Zellwand und behindern Heilungsprozess

• Exotoxin A: Transferase die im Zusammenhang mit dem zelltod steht

• Pyocyanin: Auswirkung auf zelluläre Atmung, Elektronentransport

• Starker Inhibitor der Zellatmung

  
  

• V. fischeri besitzt einen QS Kresilauf

• P. aeruginosa besitzt drei Kreisiäufe

  • sind hierarchisch strukturiert: Las aktiviert RHL´´hl und Pqs, während Rhl und Pqs Rhl aktiviert

• Las- und das Rhl-System AHLs als AIs verwenden

• Pqs-System 2-Alkyl-4-Chinolone (AQs), vor allem 2-Heptyl-4-Hydroxychinolin (HHQ ) und 2-Heptyl-3-

  Hydroxy-4(1H)-chinolon (PQS), als Signalmoleküle

• OdDHL und BHL werden von Lasl bzw RhIl sythetisiert

• PQS Signalmolekül von PqsH und PqsA-E

• regulieren mehrere Virulenzgene

• regzlieren Expression

• lasl was zur positiven Rpckkpllung führt

• pqsH für Sythese von PQS aus HHq

• aktiviert den Rhl- und Pqs-Kreislauf durch Bindung an die Promotor

  Regionen von rhlR und pqsR.

• Expression des PqsA-E-Operons

• Synthese des Signalmoleküls HHQ beteiligt ist

• gram-positiv

• Ursache von Infektionen der Haut, weichteile, Bakteriämie, Endokarditis, Sepsis und das toxische Schocksyndrom

• komplizierte Behandlung, da multiresistent

• krankenhaus erworben und gemiende erworben

• Speilen entscheidende Rolle bei Pathogenese

• Proteasen, Lipasen und Nukleasen sind zum Beispiel an der

  Invasion des Gewebes beteiligt, während Leukozidine die Umgehung der Immunreaktion ermöglichen

• Die Sepsis hingegen ist mit

  mit der Freisetzung von Enterotoxinen wie dem Toxischen Schock Syndromtoxin.

• Alpha-, Beta-, Gamma- und Delta-Hämolysine

  • alpha löst z.B Membranstruktur und verursacht Lungenentzündung

  
  

• Anhaftung an Wirtsgewebe

• Umgehung des Immunsystems

• Bildung von Biofilm

• agrA, agrB, agrC, agrD und hld in einem Operon

• werden von verschiedenen Promotorn kontrolloert

• AgrB: Transmembranprotein und SpsB (Signalpeptidase) wanden AgrD-Pro-Peptid in AIP um, um es als Signalmolekül zu verwenden

• AIP bindet spezifisch an das jeweilige AgrC-Histidin-Kinase

• Nach der AIP-Synthese wird das Signalmolekül durch AgrB aus der Zelle transportiert. AIP bindet dann an den

  extrazellulären Teil von AgrC, das ebenfalls ein integrales Membran Protein ist.

• AgrC als Histidinkinase, die ihrerseits den Reaktionsregler AgrA autophosphoryliert durch Veränderung der AgrC-Konformation, die eine Verbindung zwischen der Sensor- und der Kinasedomäne ermöglicht

  Domänen ermöglicht.

• AgrA wiederum reguliert die Expression der

  hld- und agr-Operons durch Bindung an die intergene DNA

  zwischen den Promotoren P2 und P3. Das hld-Gen kodiert das

  RNAIII-Effektormolekül, das posttranskriptionell mehrere Virulenzfaktoren (z. B. α-Hämolysin) reguliert

  • Folglich reguliert das agr-System die Expression von Virulenzfaktoren, aber zusätzlich zu anderen globalen Regulatoren reguliert es auch eigene Expression

  
  

• indem sie autoinduzierende Signalmoleküle anderer Arten erkennen und verarbeiten

  • z. B. Biofilme in der Lunge von Patienten mit

    zystischer Fibrose leiden, bestehen häufig aus P. aeruginosa und Burkholderia cepacia-Bakterienstämmen die mithilfe von AHL-Signalen kommunizieren

• in grampositiven und gramnegativen

• kann kommunukation ziwschen den spezies, und steht in Verbindung mit der Expression von Biolumineszenz und Virulenzfaktoren sowie der Biofilmbildung in Verbindung steht

• von der AI-Synthase LuxS über das Vorläuferprodukt DPD synthetisiert

• Zwei-Komponenten-Protein, das sowohl eine Sensor-Kinase-Domäne und eine Response-Regulator-Domäne enthält

• wird je nach Zelldichte aktiviert, was Produktion von Licht beeinflusst

• Bei einer niedrigen Zelldichte autophosphoryliert LuxQ und übergibt das Phosphat an die Phosphotransferase LuxU weiter

• Phosphat geht weiter an Reaktionsregulator LuxO überträgt

• LuxO wird durch diese Phosphorylierung aktiviert und unterdrückt luxCDABE, das für die

  Luciferase kodiert, indem es mit Hilfe anderer Faktoren die mRNA destabilisiert, die für den Transkriptionsaktivator

  LuxR kodiert

• AI-2 und LuxQ interagieren

• LuxO wirkt dann als Phosphatase, was zu einer Umkehrung des Signalprozesses führt: Das Phosphat wird von LuxO zurück auf LuxU übertragen, was zu einer Inaktivierung von LuxO führt

• Da LuxO inaktiv ist, wird LuxR übersetzt, bindet an den luxCDABE-Promotor und aktiviert so die Transkription von luxCDABE, was zur Lichtproduktion führt

• wenn die Kommunikation inhibiert wird, wird die Lebensfähigkeit begünstigt

• alle systeme besitzen das gleiche Muster: in AI wird synthetisiert, erreicht dann eine

  Konzentrationsschwelle und bindet an einen Transkriptionsregulator

  Regulator, der anschließend bestimmte Gene aktiviert oder unterdrückt

1. Synthese der AI inhibieren

2. AI deaktivieren oder abbauen

3. Antagonismus des Reglers

4. Hinderung der Bindung von Regulatorproteinen an DNA

• Mehrere Bindemittek können Lumineszenz auslösen

• Einige kompetitive HSL-Verbidnungen sind nicht in der Lange Lumineszenzreaktionen zu aktivieren

• Polymere können Lumineszenz ebenfalls verhindern und sind nicht so schädlich, sind aber effektiv gegen Krankheitserreger als Material

• A-24H11

• verringert ebenfalls alpha-Hämolysin Produktion

• Plant based Eugenol#meta-bromo-thiolactone

• vermindert Biofilmbildung

Salicylsäure, Gerbsäure und trans-Zimtaldehyd

• hemmen Produktionsmechanismus