Prokaryotische Zellbiologie: Toxine

Question 1

Proteinsekretionssysteme

Answer 1

—> es gibt Sekretionssysteme, die das Sec- oder TAT-System benötigen (Typ 2 und Typ 5 Sekretionssystem)
—> es gibt auch Sekretionssysteme, die das Sec- oder TAT-System nicht benötigen (Typ 1, Typ 3 und Typ 4 Sekretionssystem)

Question 2

Sec-System

Answer 2

• Transport über die innere Membran (Cytoplasmamembran)
  —> nur entfaltete Proteine können sekretiert werden!!!
• Entweder befördert Ribosom das Toxin direkt zum Sec-System, das das Toxin ins Periplasma
  befördert
• Oder ein Chaperon das Toxin zum Sec-System
  —> muss es zuerst entfalten

Question 3

TAT-System (Twin-Arginine-Transport)

Answer 3

• Transport über die innere Membran (Cytoplasmamembran)
• Es können gefaltete Proteine mit Co-Faktoren sekretiert werden!!
• Zu beförderndes Substrat besitzt Sekretionssignal, das von einem TAT-System,
  das in der inneren Membran sitzt, erkannt wird
• TAT-System transportiert gefaltetes Protein

Question 4

Typ 2 Sekretionssystem

Answer 4

• Abhängig von Fuktion des Sec-Systems
• Zwei-Schritt-Mechanismus
• Vorläufer Effektorprotein wird durch Sec- oder
  TAT-System ins Periplasma transportiert
• Im Periplasma wird das Effektorprotein vom Typ 2
  Sekretionssystem erkannt und über die äußere
  Membran sekretiert
• z. B. Cholera

Question 5

Typ 3 Sekretionssystem (Injektisom)

Answer 5

• Unabhängig vom Sec- und TAT-System
• Ein-Schritt-Mechanismus
  —> Toxin / Effektorprotein wird vom Cytoplasma
  des Bakteriums direkt in das Cytoplasma
  der Wirtszelle befördert
  —> Effektorproteine können unterschiedliche
  Wirkungen haben, z. B. Den Bakterien die Haftung
  an der Wirtszelle ermöglichen oder eine
  Ausstülpung der Membran bewirken, durch
  die Bakterium in die Zelle aufgenommen wird
• Nadelartige Struktur wird im Extrazellularraum
  ausgebildet, um Distanz von Bakterium
  und Wirtszelle zu überbrücken
• ADPase und protonenabhängiger Transport
  beteiligt
• z. B. Salmonelle spp., E. coli

Question 6

Typ 6 Sekretionssystem

Answer 6

• Unabhängig vom Sec- und TAT-System
• Kommt evolutionär von Bakteriophagen
  (gleiche Maschinerie)
• Ein-Schritt-Mechanismus
• Kontraktion des ursprünglichen Bakteriophagenschwanzes
  führt zur Injektion
  des Toxins in die Wirtszelle

Question 7

Einzelne Phasen der Wirtsbesiedlung

Answer 7

1. Kontakt mit dem Pathogen
2. Adhäsion an Haut oder Schleimhaut (->Toxin-Bildung)
3. Eindringen in das Epithel
4. Besiedlung und Wachstum , Produktion von Virulenzfaktoren

->Toxizität: Toxineffekte lokal oder systemisch,
-> Invasivität: weiteres Wachstum am Ursprungsort oder an entfernten Stellen

=> Schädigung des Gewebes, Krankheit

Question 8

Entstehung von Biofilmen

Answer 8

einzelne Zellen -> attachen an Oberfläche -> Oberflächenwachstum
-> typ IV Pili -> bildet Mikrokolonie
-> Quorum sensing -> Biofilm

Question 9

Wichtige pathogene Bakterien und
ihre Wirkorte im Menschen

Answer 9

obere Atemwege: Streptococcus pyogenes &Co.

Lunge: Mycobakterium tubercolusis, Legionella pneumophila, Streptococcus pneumoniae

Haut:

Zentralnervensystem: …
Blut: Salmonella enterica, Yersinia pestis

Verdauungstrakt: Vibrio cholerae, E.coli, Heliobacter

Harnwege: E.coli, ..

Geschlechtsorgane: Gonorrahe

Question 10

Vibrio cholerae

Answer 10

Erreger der
Durchfallerkrankung Cholera - Beispiel für ein
extrazellulär pathogenes Bakterium

• gram-negativ
• γ-Proteobakterien
• weit verbreitet in
  aquatischen Gebieten
• orale Aufnahme von
  108 -1011 Bakterien für
  Erkrankung notwendig

Question 11

Escherichia coli

Question 12

Salmonella enterica serovar Typhimurium