Zyklische Dinukleotide als molekulare Entwicklungsbremse
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W I S S EN S CH AFT
Signalmoleküle in der Zelldifferenzierung
Zyklische Dinukleotide als molekulare Entwicklungsbremse Springschwänze – an, denen sie als Nahrung dienen und über deren Exkremente sie in neue Habitate gelangen [2].
MIRKA E. WÖRMANN, NATALIA TSCHOWRI INSTITUT FÜR BIOLOGIE/MIKROBIOLOGIE, HU BERLIN
Streptomyces are renowned producers of antibiotics and other medically useful molecules. They undergo a developmental life cycle involving progression from vegetative growth to the erection of reproductive aerial hyphae, which differentiate into chains of spores. The second messengers c-di-GMP and c-di-AMP control this complex morphological transition. Studies on signalling mechanisms in this bacterial model led to the discovery of a tetrameric c-di-GMP, a sigma factor as an unexpected type of c-di-GMP effectors and a new class of c-di-AMP phosphodiesterases. DOI: 10.1007/s12268-020-1430-2 © Die Autorinnen 2020
ó Zurecht wurde das Multitalent Streptomyces zur Mikrobe des Jahres 2016 gekürt [1]. Als mikrobielle Fabriken von Wirkstoffen produzieren Streptomyceten viele lebensrettende Antibiotika. Durch Sekretion von Exoenzymen leisten diese Bodenbewohner einen wichtigen Beitrag zu Stoffumsätzen im
Erdboden und sorgen so für den Erhalt des ökologischen Stoffkreislaufs. Sie synthetisieren das flüchtige Terpenoid Geosmin und erweitern so unsere Duftpalette um die feine Note „Waldgeruch“. Die Strategie hinter der Produktion von Geosmin trägt zur geografischen Verbreitung der Bakterien bei. Streptomyceten sind unbeweglich und locken mit Geosmin Arthropoden – etwa
Lebenszyklus der Streptomyceten Als wahre Formwandler faszinieren Streptomyceten durch ihre morphologische Plastizität. Sie durchlaufen einen Lebenszyklus, in dessen Verlauf sie drei verschiedene Existenzformen annehmen. Unter guten Wachstumsbedingungen existieren sie vegetativ als Substratmyzel aus hydrophilen Hyphen. Die vegetativen Hyphen sind mehrzellig und bestehen aus vielen durch Querwände getrennten Einzelzellen, die mehrere Kopien des Erbguts enthalten. Sie vermehren sich durch Wachstum an der Hyphenspitze und durch die Ausprägung von Verzweigungen. Die Bakterien erscheinen in dieser Wachstumsphase als glatte, glänzende und farblose Kolonien (Abb. 1A, E). Unter widrigen Umweltbedingungen leiten Streptomyceten die Bildung von Überdauerungsformen – den Sporen – ein. Der erste
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B
E
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˚ Abb. 1: Morphologie von Streptomyces venezuelae. Links: Kolonien in unterschiedlichen Entwicklungsstadien. A, vegetativ. B, Luftmyzel. C, sporulierend. D, hypersporulierend. Rechts: rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von S. venezuelae in unterschiedlichen Entwicklungsstadien. E, vegetative Hyphen. F, Lufthyphen. G, sporulierende Hyphen. H, Hypersporulierer.
BIOspektrum | 05.20 | 26. Jahrgang
Schritt auf diesem Weg ist die Ausscheidung hydrophober Proteine, die die Hyphen ummanteln und die der Brechung der Oberflächenspannung beim Übergang in die Luftphase dienen. Die Mehrzelligkeit wird jetzt aufgegeben und es entsteht das Luftmyzel. Ander
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