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Bewegungsvorgänge

Die bakterielle Chemotaxis

Definition
Bewegliche Bakterien reagieren auf eine Reihe von Umwelteinflüssen; entsprechend werden diese Reaktionen als Chemo-, Aero-, Photo- oder Magnetotaxis usw. bezeichnet. Eine Taxis kann positiv oder negativ sein, je nachdem, ob die Faktoren anziehend (Lockstoff oder engl. attractant) oder abschreckend (Schreckstoff oder engl. repellant) auf das Bakterium wirken.

Bakterien können keine absoluten Konzentrationen eines Stoffes wahrnehmen, sondern immer nur die Änderung seiner Konzentration in der Umgebung. Sie reagieren darauf mit einer verminderten Rate der Richtungsänderung (bei Lockstoffen) oder einer Erhöhung der Rate (bei Schreckstoffen).

Bewegt sich das Bakterium in einem neutralen Medium (ohne Lock- oder Schreckstoffe) fort, ändert sich die Bewegungsrichtung in zufälligen Abständen. In einem Medium mit einem Lockstoff wie z.B. Glucose können Bakterien den Konzentrationsgradienten wahrnehmen und bewegen sich mehr oder weniger direkt auf diesen Lockstoff zu, indem sie tendenziell länger ohne Richtungsänderung schwimmen, solange die Konzentration ansteigt. Genau das Gegenteil passiert, wenn das Medium einen Schreckstoff wie z.B. eine Säure enthält. In diesem Fall verlängert sich die Strecke, die das Bakterium in Richtung der abnehmenden Konzentration schwimmt.

Abb.1
3D-Animation zur Chemotaxis bei Lockstoffzugabe
© Wiley-VCH
Abb.2
3D-Animation zur Chemotaxis bei Schreckstoffzugabe
© Wiley-VCH

Die Richtungsänderung wird durch Änderung der Bewegungsrichtung der Geißel erreicht, was dabei genau passiert, hängt von der Anordnung der Geißel(n) am Bakterium ab. Bei peritricher Begeißelung und Geißel-Rotation gegen den Uhrzeigersinn wird das Bakterium (z.B. Escherichia coli) mehr oder weniger gradlinig nach vorn gedrückt. Bei einer Rotation im Uhrzeigersinn zieht die Geißel das Bakterium, der Zug erfolgt aber bei jeder der Geißeln in eine andere Richtung: das Bakterium beginnt für eine kurze Zeitspanne zu taumeln. Dreht sich nun die Rotationrichtung der Geißel wieder um und schlägt wieder gegen den Uhrzeigersinn, schwimmt das Bakterium in der neuen Richtung weiter. Anders ist das bei monopolar begeißelten Bakterien wie z.B. Rhodobacter sphaeroides. Nähert sich R. sphaeroides einem Schreckstoff, stoppt die Rotation der Geißel und das Bakterium driftet für eine Weile. So ändert sich quasi passiv die Bewegungsrichtung, bis dass die Geißel-Rotation wieder einsetzt und das Bakterium in der neuen Richtung weiterschwimmt.

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