Sporulation bei Bacillus subtilis

Grundsätzliches zum Organismus

Bacillus subtilis ist seit langem ein anerkannter Modellorganismus in der Mikrobiologie. Bereits 1876 beschrieben, erkannte man sehr schnell, daß er in zwei Formen auftreten kann, die sich morphologisch und physiologisch stark unterscheiden.

Unter günstigen Umweltbedingungen wächst er als typisches stäbchenförmiges Bakterium, das sich durch Querteilung vermehrt. Unter Hungerbedingungen, besonders als Folge eines drastischen "Step-down" in der Energieversorgung bildet Bacillus subtilis stark lichtbrechende Dauerformen: die Endosporen. Endosporen sind außerordentlich resistent gegenüber Hitze und Austrocknung. 100°C werden leicht überlebt, und unter trockenen Bedingungen können die Sporen mehrere Tausend Jahre keimfähig bleiben.

Die Sporenbildung gilt als vergleichsweise einfaches Modell für die Differenzierung von Zellen. Weil Bacillus sowohl von der Gesamtkomplexität her als auch wegen seiner morphologisch einfach scheinenden Differenzierungsleistung von der Sporenmutterzelle zur Endospore einfach zu sein schien, arbeiten seit den 60er Jahren bis heute Hunderte von Wissenschaftlern weltweit an diesem Differenzierungsprogramm. Allein daran erkennen Sie, daß Bacillus subtilis so einfach auch wieder nicht ist. Ein zweiter Grund für das Interesse, das diesem Organismus entgegengebracht wurde, liegt in seiner recht einfachen Transformierbarkeit mit doppelsträngiger, linearer DNA.

Der Lebenszyklus

Bacillus subtilis hat die beiden alternativen Stadien 'vegetatives Wachstum' und 'Sporulation'. Das erste morphologische Charakteristikum auf dem Weg zur Sporenbildung ist eine asymmetrische Teilung des Protoplasten. Jedes der beiden ungleichen Teilungsprodukte der Sporenmutterzelle durchläuft einen spezifischen Differenzierungsweg, der für den kleineren Teil in die Bildung der fertigen Spore mündet, für den größeren Teil aber, auch weiterhin als Sporenmutterzelle bezeichnet, in der Lyse. Da die zukünftige Spore, in diesem frühen Stadium als Vorspore bezeichnet, ganz in das Plasma der Mutterzelle eingebettet ist, hängt auch der gesamte Stoffwechsel der Vorspore von der Versorgung durch die Mutterzelle ab. Die meisten Ressourcen bei diesem Prozeß werden für den Aufbau der sehr dicken, mehrschichtigen Sporenwand gebraucht.

Ist die Spore fertig und als Folge der Lyse der Mutterzelle in die Umgebung entlassen, hat sie keinen meßbaren Stoffwechsel mehr. Ihre Aufgabe ist es, lebensfeindliche Bedingungen zu überdauern. Außer den schon erwänhnten Eigenschaften der Hitze- und Austrocknungstoleranz gehören dazu bemerkenswerte Resistenzen gegenüber organischen Lösungsmitteln, lytischen Enzymen, UV- und Röntgenbestrahlung. Trotz des Fehlens eines nachweisbaren Stoffwechsels reagiert die Spore noch ausgezeichnet auf Änderungen der Umweltbedingungen: Bei gutem Nährstoffangebot keimt die Spore zu einer neuen vegetativen Zelle aus, und der normale Zellteilungszyklus wird wieder aufgenommen.

Definition entwicklungsspezifischer Gene

Sehr viele der Gene, die in Bacillus subtilis die Sporulation kontrollieren, sind in den 70er Jahren erkannt worden, weil man eine Vielzahl verschiedener Mutanten mit Defekten im Entwicklungsprogramm zur Bildung der Sporen isoliert hat. Alle diese Mutationen bekamen die Bezeichnung spo, weil sie nur die Sporulation beeinträchtigten ohne einen nachweisbaren Effekt auf das vegetative Wachstum auszuüben. Oft haben spo-Mutationen den Effekt, daß die Sporenbildung nur bis zu einem bestimmten Stadium verläuft und dann abbricht. Das entspricht phänotypisch völlig dem Bild, das Entwicklungsmutanten auch bei Eukaryonten bieten.

Für die Charakterisierung des Verlaufs der Sporulation kennt man neben der Beschreibung der morphologischen Vorgänge eine Vielzahl von biochemischen Markern. Das sind Enzymaktivitäten, die zu ganz bestimmten Stadien der Entwicklung auftreten. In den spo-Mutanten werden sowohl die morphologische Entwicklung als auch die biochemischen Ereignisee an der gleichen Stelle angehalten. Damit liegt der Verdacht nahe, daß es sich bei diesen spo-Mutanten um Defekte in solchen Genen handelt, die mit der Regulation des Sporulationsprozesses zu tun haben. Auch suggeriert dieses Phänomen, daß die spo-Regulatorgene in einer zeitlich linearen Sequenz von Ereignissen agieren, in der die Aktivität jedes Gens von dem erfolgreich zu Ende gebracheten vorhergehenden Schritt abhängt. Dieses Modell erklärt auch, warum viele spo-Mutanten pleiotrop sind. Solche zwingend aufeinander folgenden Regulationsschritte nennen wir meist eine Regulationskaskade.

Zusätzlich zu den spo-Genen hat man auch andere Gruppen von entwicklungsspezifischen Genen anhand ihrer Mutationen identifiziert.

ger-Gene:
werden für die Keimung gebraucht. Da bei der Keimung keine de novo Genexpression gebraucht wird, müssen die Proteine für die Keimung bereits während der Sporenentwicklung synthetisiert und in geeigneter Form eingelagert werden. ger- Mutanten sporulieren zwar noch, sind danach aber dann nicht mehr lebensfähig, weil nicht mehr zur Auskeimung befähigt.

cot-Gene:
Diese Gene sind keine Regulatorgene, sondern kodieren für die strukturellen Komponenten der Sporenwand.

ssp-Gene:
Die Spore enthält eine Vielzahl kleiner, säurelöslicher Proteine. Diese Gene sind nicht auf dem üblichen Wege, über die Charakterisierung von Defektmutanten isoliert worden sondern umgekehrt: ausgehend von ihrem Genprodukt ("reverse Genetik"). Man hat zunächst die Proteine isoliert, dann die N-terminalen Enden sequenziert, davon die passenden DNA-Sequenzen abgeleitet und schließlich geeignete Oligonukleotide synthetisiert.Mit Hilfe solcher synthetischen kurzen DNA-Abschnitte konnte man dann die zugehörigen Gene auffinden und schließlich isolieren.

Es ist auffällig, daß kaum einmal ssp-Gene durch Mutationsansätze aufgefunden wurden. Das ist besonders verwunderlich, weil viele dieser Genprodukte zu den Hauptkompenten der Spore gehören. Wir wissen heute, daß Mutationen in den ssp-Genen natürlich gelegentlich auftreten, aber nicht zu einem spo-Phänotyp führen. Der Grund dafür liegt in der hohen funktionellen Redundanz dieser Genfamilie. Der Ausfall nur eines Proteins hat kaum einen Einfluß auf die Sporulation und die Überlebensfähigkeit der Spore.

Klonierung der spo-Gene

Der Schlüssel zum funktionellen Verständnis der Sporulation liegt in der Isolierung und Charakterisierung der zugehörigen Gene. Mit einem Trick, der sich den Bacillus subtilis Phagen Phi 105 zunutze macht, ist es gelungen, so gut wie alle spo-Gene in isolierter Form in die Hand zu bekommen. Phi105 ist ein temperenter Phage, den man gentechnisch so verändert hat, daß er beliebige Stücke von DNA aufnehmen, aber trotzdem noch als Phage vermehrt werden kann. Man hat dann in diesen Phagenderivaten eine Genbank des Wildtyps von Bacillus subtilis erstellt. Mit den rekombinanten Phagen-DNAs hat man Bacillus subtilis transformiert. Die Transformanten vermehren diese Phagen, die man dann zur Infektion der vielen verschiedenen spo-Mutanten verwenden kann. Was wird geschehen, wenn das heile Wildtyp-Gen mit dem Phagen in eine Empfängerzelle gelangt, die den zugehörigen Defekt trägt? In der Mehrzahl der Fälle wird der Phage lytisch vermehrt; die Zellen sterben. Gelegentlich aber kommt es zu Rekombinationsereignissen zwischen der Phagen-DNA und dem Genophor des Rezipienten; der Phage wird integriert und transportiert somit das nicht-mutierte Wildtyp-Allel in die Mutante. Damit bekommt der Rezipient wieder Wildtyp-Eigenschaften; wir sprechen von Komplementation.

Natürlich sind solche Ereignisse recht selten, weil erstens: statistisch gesehen das gesamte Genom angesehen werden muß, bevor man das gewünschte Gen in irgendeinem Phagen der Phagen-Genbank findet; und zweitens: weil die Rekombination zwischen Phagen-DNA und Genophor nicht sehr häufig ist. Es müssen also sehr viele Infektionsereignisse ausgewertet werden. Im Falle der spo-Gene ist aber das Screening der Rekombinanten sehr einfach. Im Gegensatz zum sporulationsdefekten Rezipientenstamm entsteht ein wieder sporulierendes Derivat, das zu den bekannten Hitzeresistenten Sporen führt. Man kann also experimentell sehr einfach, durch Kochen, alle nicht im gewünschten Sinne rekombinierten Rezipientenzellen abtöten. Nach dem Hitzeschritt bleiben nur solche Kolonie-bildenden Einheiten übrig, die als Folge der Bildung hitzeresistenter Sporen die Abkoch-Selektion überleben. Zuletzt muß dann nur noch aus den rekombinanten Klonen die DNA am Ort der Phi105-DNA herausgeschnitten werden, um das Gen auf molekularer Ebene analysieren zu können.

Studien zur Expression der spo-Gene

Die Expression der spo-Gene selbst kann man schlecht verfolgen, das sie für Produkte kodieren, die meist keine meßbare Enzymaktivität haben. Bei den spo-Genen handelt es sich oft um Regulatorgene; wir werden noch sehen, um welche. Trotzdem braucht man auch in solchen Fällen nicht auf Studien zum zeitlichen Verlauf der Genexpression zu verzichten. Wir wollen uns klar machen, daß im Normalfall die Regulation der Genaktivität nicht vom Aufbau des Strukturgens abhängt, sondern von der vorgeschalteten Regulatorregion. Funktionell können Sie sich den Aufbau eines Gens aus zwei Modulen vorstellen, dem Regulatormodul und dem Strukturmodul. Beide Komponenten können voneinander getrennt und unabhängig voneinander analysiert werden. Wenn Sie ein beliebiges Strukturmodul durch physische Verknüpfung mit fremden Regulatormodulen koppeln und die Expression dieser Hybridgene in vivo studieren, so werden Sie feststellen, daß immer das Regulatormodul die zeitliche und die räumliche Steuerung des Gens diktiert. Für den Praktiker formuliert: Sie können mit gentechnischen Tricks an ein gegebenes Regulatormodul ein beliebiges, leicht meßbares Strukturgen ligieren. Solche Gene nennt man "Reportergene" oder "Monitorgene". Nach Überführung des chimären Gens in den Herkunftsorganismus durch Transformation messen Sie dann nur noch den Reporter und erhalten dennoch Aufschluß über die Regulation des Gens, dessen Regulatormodul Sie verwenden.

Folie: Gene replacement mit einer hybriden lacZ/CAT-Konstruktion.

(qualitativ: Xgal; quantitativ: ONPG

Zeitliche Kontrolle der Genexpresion

Nahezu alle spo-Gene werden nur während der Sporenentwicklung exprimiert, und zwar in der erwarteten, zeitlich strikt geregelten Reihenfolge, die unser Kaskadenmodell der Sporulationskontrolle erwarten läßt.

Räumliche Kontrolle der Genexpression

Die Abtrennung der Vorspore von der Mutterzelle passiert ungefähr eine Stunde nach Induktion der Sporulation (t0). Von dieser Zeit an werden die sporulationsspezifischen Gene entweder in der Vorspore oder in der Mutterzelle exprimiert. Wir kennen keine Gene, die auf beiden Seiten der asymmetrisch eingezogenen Membran aktiv wären. Sporenmutterzelle und Vorspore durchlaufen alternative, einander ausschließende Differenzierungsprogramme.

Transkriptionskontrolle der spo-Gene

Eine wichtige Klasse von Proteinen, die unmittelbar mit der Regulation der Sporulation zu tun hat, sind die Sigma-Faktoren.

Sigma-Faktoren sind die Untereinheiten der RNA-Polymerase, die für die Erkennung der Promotoren verantwortlich sind. In Bacillus subtilis gibt es eine ganze Reihe von Sigma-Faktoren, die alle andere Erkennungsspezifitäten haben. Bacillus subtilis nutzt zeitlich regulierte, neu gebildete Sigma-Faktoren dazu, die Genexpression auf einen neuen Satz von Genen umzuprogrammieren. So 'ein neuer Satz von Genen' zeichnet sich durch besondere Sequenzen im Promotorbereich aus, die exklusiv durch den zugehörigen Sigma-Faktor erkannt werden.

Folie mit den Consensus-Sequenzen für Sigma A,E,F,G,K

Tatsächlich kodieren manche der der spo-Gene für diese alternativen Sigma-Faktoren. Damit ist auch klar, daß diese Gene Regulatorgene sind und ihre mutierten Allele zu recht pleiotropen Effekten führen. Betroffen sind alle Gene der Regulationskaskade, deren Expresion von diesem speziellen Sigma-Faktor abhängt. Zum Beispiel kodiert das Gen spoIII für Sigma G, der eine Vielzahl von Genen kontrolliert, die spezifisch im Vorsporenstadium exprimiert werden müssen. Obwohl die Sigma-Faktoren wichtige Schlüsselpositionen im Differenzierungsweg zur fertigen Spore markieren, ist dies nicht das einzige Regulationsprinzip. Es kommen Gene für Transkriptionsfaktoren dazu, die in Zusammenarbeit mit dem Holoenzym der RNA-Polymerase die Transkription steuern und modulieren. Alle Einzelheiten dieses komplexen Regulationsnetzwerks sind auch heute noch nicht bekannt.

Stadium 0: Entscheidung zwischen Wachstum und Sporulation

Diese Entscheidung wird getroffen, wenn wir der Zelle auf morphologischer Ebene noch überhaupt nichts ansehen: Gegen Ende des exponentiellen Wachstums, wenn die Zelldichte zunimmt und einzelne Komponenten der erforderlichen Nährstoffe knapp werden. Diese Entscheidung ist lebenswichtig. Reichen die verfügbaren Ressourcen für die beiden Töchter aus einer normalen Teilung und die Sporenbildung in beiden Töchtern nicht mehr aus, mündet die Fehlentscheidung in den Tod. Rechtzeitige Sporulation ist also für das Überleben eine sehr "vernünftige" Strategie. So einfach sind die Verhältnisse aber nur in der Kultur. In seiner natürlichen Umgebung ist Bacillus subtilis ein Bodenbewohner, der fast immer mit sehr geringem unmittelbar verfügbarem Substratangebot auskommen muß. Der Organismus verfügt aber über etliche Tricks, sich zusätzliche Ressourcen zu erschließen. Bacillus subtilis kann Antibiotika erzeugen und tut dies besonders unter Mangelbedingungen. Damit werden mutmaßliche Konkurrenten am Wachstum gehindert. Eventuell sterben sie und stellen in der Folge ihre Ressourcen dem Antibiotikumsproduzenten zur Verfügung. Zusätzlich kann Bacillus subtilis eine Vielzahl hydrolytischer Enzyme sekretieren, die dann ebenfalls neue Nährstoffe erschließen helfen. Reicht all das nicht aus, widmet sich die Zelle der Sporulation. Die Entscheidung darüber -man spricht von 'commitment'- ist irreversibel: Auch wenn sich kurz darauf die Bedingungen für vegetatives Wachstum wieder verbessern, wird das Sporulationsprogramm zu Ende gebracht. Die Zelle geht auf 'Nummer-sicher'. Neben den erwähnten externen Faktoren sind es auch interne Signale, die die Zelle auf den Sporulationsweg schicken. Die Sporulation kann nur zu einem bestimmten Punkt im Zellzyklus eingeleitet werden. Auch die Kommunikation zwischen den Zellen scheint eine Rolle zu spielen. Das Sporulationsprogramm läuft nur dann effizient ab, wenn die Zelldichte in der Kultur einen gewissen Wert überschreitet. Man nimmt an, daß die Zellen eine Substanz ausscheiden, deren Konzentration von den Individuen der Kultur als Maß für die Zelldichte ausgewertet wird.

Die Produkte von mindestens sieben Genen, die wir spo0-Gene nennen, kontrollieren die Entscheidung über das 'commitment', über den Start des Sporulationsprogramms. Das wichtigste dieser Genprodukte ist das spo0A-Protein. Dieses Protein stimuliert oder reprimiert die Transkription vieler Gene. Der Schlüssel zum funktionellen Zustand dieses Proteins liegt in seiner Phosphorylierung. Das spo0A-Protein kann von mindestens zwei verschiedenen Proteinkinasen phosphoryliert werden. Die beiden Kinasen, KinA und KinB, phosphorylieren jeweils verschiedene Histidinreste des Zielproteins. Die Wahrscheinlichkeit für die Zelle, das Sporulationsprogramm ablaufen zu lassen, ist umso größer, je größer der Anteil an phosphoryliertem Spo0A-Protein ist. Leider verläuft der Signaltransfer nicht ganz so einfach. Zwischen die beiden Kinasen und das Spo0A-Protein sind noch zwei weitere Proteine geschaltet, die Produkte der Gene spo0F und spo0B, die als Phosphat-Carrier dienen. An allen Stellen dieser Informationstransfer-Kaskade ist das System empfänglich für Informationen von außen, die letztlich die Menge an phosphoryliertem Spo0A-Protein erhöhen oder senken. Sie sehen, die Zelle treibt einigen Aufwand mit der Entscheidung darüber, ob sie vegetativ weiter wachsen will oder in die stationäre Phase eintreten soll, die schließlich bei Bacillus subtilis zur Sporenbildung führt. So ganz ist der 'Point of no return', dieses 'Commitment' zur Sporulation noch nicht verstanden. Etliche andere Regulationsmechanismen spielen zusätzliche Rollen in der spo0-Phase. Einen weiteren Faktor neben Spo0A will ich wenigstens erwähnen: Das Gen spo0H kodiert für einen Sigma-Faktor, der nur in kleinen Mengen gebildet wird, aber doch eine wichtige Rolle bei der Genexpression in der stationären Phase spielt. Manche der Gene in der frühen Sporulationsphase können überhaupt nur unter Mitwirkung von SigmaH transkribiert werden.

Die Stadien II und III: Entstehung der Asymmetrie

Vierzig Minuten nach dem 'Shift-down' einer wachsenden Kultur von Bacillus subtilis durchlaufen die Zellen die letzte Replikationsrunde ihrer DNA. Noch dreißig Minuten später segregieren die Tochter-Genophore. Anders als bei der Teilung vegetativer Zellen ist die jetzt folgende Teilung asymmetrisch. Das ist jetzt das Stadium, das als erstes morphologisch sichtbar wird. Ich hoffe, Sie haben wenigstens eine Vorstellung davon bekommen, was auf molekularem Niveau alles ablaufen muß, um morphologische Änderungen einzuleiten. Morphologie allein ist ein völlig inadäquater Ansatz, um Differenzierungsleistungen verstehen zu können. Die wichtigen Entscheidungsschritte liegen vorher!

Asymmetrische, inäquale Teilungen sind charakteristisch für sehr viele Differenzierungsprozesse. Die molekularen Gründe dafür sind aber nicht bekannt. Bedenken Sie bitte, daß das bakterielle Genophor kein Centromer besitzt, daß es auch keinen Spindelapparat gibt, der die Chromosomen in einfacher Weise an die richtige Stelle bringen könnte. Wir wissen also nicht wirklich, welcher molekulare Zollstock der Zelle sagt, wo genau sie das neue Septum einziehen soll.

Ich kann Ihnen an dieser Stelle also lediglich eines der möglichen hypothetishen Modelle vorstellen:

1. Stellen Sie sich eine Sporenmutterzelle mit zwei fast fertigen Tochterchromosomen vor. Da die Zellen sich zu diesem Zeitpunkt noch in der aktiven Wachstumsphase befunden haben, hat bei beiden Tochterchromosomen die nächste Replikationsrunde bereits begonnen. Trotz des Hungersignals werden wir also bis zur Fertigstellung der Spore mit insgesamt vier Geschwister-Genophoren zu tun haben.

2. Der 'Shift-down' erzeugt ein Signal, das die normale, zentrale Zelleinschnürung blockiert (x).

3. Die DNA-Replikation eines der beiden Tochterchromosomenpaare wird gegenüber dem anderen verlangsamt. Wenn man die zusätzliche Annahme macht, daß die Einschnürung der Zellmembran erst dann möglich ist, wenn die DNA vollständig repliziert ist, wird wird klar, daß die replikativ 'schnellere' Seite der Zelle eher zur Zellteilung gelangen wird als die langsamere.

4. Jetzt braucht nur noch, wie auch im vegetativen Wachstum, zwischen den beiden Schwesterchromosomen der 'schnelleren' Hälfte ein Septum eingezogen zu werden. Falls es einen ursächlichen Zusammenhang zwischen Vollendung der DNA-Replikation und dem Beginn der Zellteilung gibt, entspricht diese Situation eigentlich bereits wieder dem Normalfall.

5. Die einseitige Synthese eines Septums könnte selbst wieder Signalcharakter haben und die Synthese eines zweiten Septums reprimieren.

Bei BAcillus subtilis hat man Mutanten isoliert, die diese Hypothese stützen. Die spoA-Mutation läßt in der auf den 'shift-down' folgenden Teilung zwei gleich große Tochterzellen entstehen. Dies könnte ein Indiz dafür sein, daß die Mutation das Signal für die Blockierung der symmetrischen Teilung gestört hat. Eine andere Mutation, spoIIA, läßt tatsächlich zwei azentrisch gelegene Septen entstehen. Auch hier könnte der Ausfall der Blockierung der Grund für die Septenbildung sein.

Damit die richtige, natürliche Situation, nämlich ein Schwesterchromosom in der zukünftigen Spore - drei in der Sporenmutterzelle- zuverlässig erreicht wird, muß die Zelle zwischen den beiden teilweise replizierten Chromosomen unterscheiden können. Eines muß in seiner Replikation zuverlässig verlangsamt werden. Das sieht schwieriger aus als es vielleicht ist. Schließlich ist bereits die DNA-Doppelhelix selbst unsymmetrisch: Watson- und Crick-Strang sind komplementär, aber nicht identisch. Bei jeder Verdopplung erhält also die eine Tochter einen neuen Crick-, die andere einen neuen Watson-Strang. Falls es Mechanismen gibt, die lesen können, ob der eine oder der andere Strang jeweils neu synthetisiert wird, kann man sich leicht vorstellen, daß jeweils alternative Reaktionen eingeschaltet werden, in unserem Fall entweder eine normal schnelle oder eine verlangsamte DNA-Replikation. Ob solche differentiellen Lesemechanismen an dieser Stelle tatsächlich existieren, ist unbekannt. Es gibt aber einen Mechanismus, der alte von neuen Strängen unterscheidbar macht: DNA-Methylierung. Diese hinkt zeitlich deutlich hinter der DNA-Synthese her. Während der alte Strang das komplette Methylierungsmuster trägt, ist der neue deutlich untermethyliert. Ob aber die DNA-Methylierung wirklich in dieser Weise mit der Sporulation verknüpft ist, ist noch unklar.

Bis hierher wurde deutlich, wie es zur inäqualen Zellteilung kommen könnte. Danach, oder wahrscheinlich eher parallel dazu müssen aber in der Sporenmutterzelle und in der Vorspore andere Gene differentiell exprimiert werden. Zur Verwirklichung dieser alternativen Genexpressionsmuster werden die verschiedenen Sigma-Faktoren herangezogen.

Die Gene für SigmaE und SigmaF werden vor der Septierung exprimiert. Man könnte daher erwarten, daß sie als Folge der Septierung auf beide Kompartimente verteilt werden. Tatsächlich werden aber auch solche Gene, die miet Hilfe dieser beiden Sigma-Faktoren transkribiert werden, zellspezifisch exprimiert. Es muß also zusätzlich noch einen Mechanismus geben, der die Aktivität dieser Sigma-Faktoren auf einen bestimmten Zelltyp beschränkt. Wie das geschiht, ist noch unklar.

Die Stadien IV bis V: Differentielle Morphogenese

Die Wand der Spore besteht aus zwei elektronenmikroskopisch leicht unterscheidbaren Schichten, dem Cortex (innen) und dem 'Coat' (außen). Der Cortex besteht aus Peptidoglycan, nicht wesentlich anders als das Peptidoglycan der vegetativen Zelle. Die Struktur der Sporenhülle ist komplizierter. Es ist eine vielschichtige Struktur, die durch Ablagerung von rund 12 verschiedenen Proteinen in zeitlich festgelegter Folge entsteht. Für die zeitliche Steuerung sind nicht nur die verschiedenen Sigma-Faktoren zuständig. Es gibt eine Vielzahl zusätzlicher Regulationsmechanismen. Es scheint auch einen Rückkopplungsmechanismus von den morphologischen Strukturen auf die Genexpression zu geben. Der SigmaK-Faktor, der in die zeitliche Steuerung der Transkription eingebunden ist, wird als inaktives Prä-Protein mit einer N-terminalen Verlängerung gebildet, die zwecks Aktivierung von einer spezifischen Protease abgespalten werden muß. Es sieht so aus, als ob diese Protease nur dann aktiviert wird, wenn ein ganz bestimmtes Entwicklungssatdium erreicht wurde. Das genaue Signal, das die Aktivierung der bereits viel früher synthetisierten Protease bewirkt, ist nicht bekannt. Es scheint sich aber um physikalische Eigenschaften der sich entwickelnden Spore zu handeln. Wie solche Strukturmerkmale aber gelesen und in molekulare Abläufe übersetzt werden, ist völlig unklar.

 

© by Johannes Wöstemeyer
Last modified: 10. April 2007 Sun May 8 16:53:50 2005
(top)