Lebensfähiger, aber nicht kultivierbarer Zustand

Früher galt eine Bakterienzelle als tot, wenn sie sich nicht auf Nährmedien anzüchten ließ. Lebensfähig, aber nicht kultivierbar (VBNC) ist ein Zustand, in dem Bakterien mitunter nicht auf Nährmedien wachsen, nach der Unversehrtheit ihrer äußeren Membran zu urteilen aber noch lebensfähig sind und bei einer Temperaturänderung wieder wachsen können. Der VBNC-Zustand ist inzwischen für mehr als 50 Bakterienarten beschrieben. Es gibt mehrere Mechanismen, durch die Bakterien auf bestimmten Nährmedien nicht wachsen, auf anderen Oberflächen jedoch schon. Einer davon ist die kontaktabhängige Wachstumshemmung. Dieser Mechanismus ist noch wenig verstanden.

Kontaktabhängige Wachstumshemmung

Beobachtet wurde außerdem, dass das Zellwachstum bei direktem Zell-Zell-Kontakt über das Zwei-Partner-Sekretionssystem (TPS) CdiA-CdiB gesteuert wird. CdiA-CdiB kommt in bestimmten Stämmen von E. coli vor, homologe Proteine finden sich in vielen Bakterienarten. Aufgrund der Homologie mit anderen TPS-Systemen ist CdiB vermutlich ein Protein der äußeren Membran, das für den Transport und den Einbau von CdiA an der Zelloberfläche erforderlich ist. Als CDI-Rezeptor wurde BamA (auch YaeT) identifiziert, ein essenzielles, hoch konserviertes Protein der äußeren Membran, das gramnegative Bakterien für die Biogenese von Beta-Barrel-Proteinen benötigen. Neben dem Wachstumsstopp bewirkt CDI eine signifikante Abnahme von Atmung, protonenmotorischer Kraft und ATP-Spiegel. Wie die Wechselwirkung mit BamA an der Zelloberfläche zur Herunterregulierung des Stoffwechsels führt, ist unklar. Möglicherweise hängt es mit AcrB zusammen, einem an der Multiresistenz beteiligten Protein der inneren Membran, denn AcrB-Mutanten sind gegen CDI resistent. Denkbar ist, dass CdiA über BamA mit AcrB in Wechselwirkung tritt und dessen Aktivität moduliert. AcrB nutzt die protonenmotorische Kraft, um den Import von Protonen an den Export kleiner toxischer Moleküle zu koppeln. CdiA könnte also bewirken, dass AcrB seinen Protonenkanal öffnet und so die protonenmotorische Kraft abbaut.

Eine veränderte Genexpression könnte an kontaktabhängigen Veränderungen im Stoffwechsel und Wachstum von Bakterien beteiligt sein. Es gibt aber einen weiteren Aspekt des CDI-Mechanismus. Ein mit CdiA überlappender offener Leserahmen kodiert ein kleines Protein namens CdiI, das Immunität gegen CDI verleiht. Wird CdiI in einer Zielzelle exprimiert, schützt es diese vor hemmenden CDI+-Zellen. Das kleine Protein CdiI schützt auch CDI+-Zellen davor, ihr eigenes Wachstum zu hemmen. Es wurde vermutet, dass CDI ein Mechanismus zur Umgehung der Immunüberwachung sein könnte, der es Bakterien erlaubt, sich mit heruntergefahrenem Stoffwechsel im Wirtsgewebe zu verstecken. Ebenso wurde vermutet, dass CDI-Zellen damit eine Art bakterielle Kriegsführung betreiben, indem sie das Wachstum benachbarter Zellen hemmen.