Diese Arbeit dokumentiert die Ergebnisse der Untersuchungen des bakteriellen Cytoskeletts von Spiroplasma melliferum, die durch Anwendung der Kryo-Elektronentomographie und biochemischer Methoden gewonnen wurden. Die Elektronentomographie ist eine Abbildungstechnik, die eine drei-dimensionale (3-D) Abbildung pleomorpher, biologischer Objekte, wie z.B. Zellen, Organellen, Viren oder Proteine, mit einer Auflösung von derzeit 4-6 Nanometern ermöglicht. Durch Kombination mit Kryo-Präparationsmethoden, d.h. der Einbettung der Probe in einen amorphen Eisfilm, kann das Objekt in einem quasi-nativen Zustand untersucht werden. Diese Technik eignet sich daher bestens, um die Struktur und räumliche Anordnung abbildbarer makromolekularer Aggregate eines Organismus aufzuklären. Ein limitierender Faktor für die Elektronentomographie ist die Größe des zu untersuchenden Objekts, welches eine Dicke von weniger als einem Mikrometer aufweisen sollte. Aus diesem Grund wurde für diese Arbeit das helikale Bakterium S. melliferum (Klasse Mollicutes) ausgewählt, welches einen Durchmesser von etwa 200 nm hat und nach bisherigen Untersuchungen ein Cytoskelett aufweisen soll. Um die Existenz dieses Cytoskeletts zu überprüfen und einen detaillierten Einblick in dessen Struktur, Funktionsweise und Zusammensetzung zu erhalten, wurden in dieser Arbeit Elektronentomogramme aufgenommen, computergestützte Bewegungsmodelle aufgestellt und biochemische Untersuchungen der Cytoskelett-Filamente durchgeführt. Die elektronentomographische Datenaufzeichnung ganzer Zellen erfolgte mit Hilfe eines 300 kV Transmissions-Elektronenmikroskops, welches mit einer Feldemissionskathode und einem Energiefilter ausgestattet ist. Der Energiefilter ermöglicht die Abtrennung inelastisch gestreuter Elektronen, die sich durch Kontrasterniedrigung negativ auf die Bildaufnahmen auswirken würden. Dennoch weisen die Tomogramme aufgrund der niedrigen Elektronendosis, die für vitrifizierte, biologische Proben unabdingbar ist, ein geringes Signal-zu-Rausch-Verhältnis auf. In den aufgenommenen Tomogrammen konnte ein Cytoskelett nachgewiesen werden, welches aus drei Bändern aus parallel angeordneten Filamenten unterschiedlicher Dicke besteht. Zwischen zwei Bändern aus je fünf dicken (11 nm) Filamenten liegt ein Band aus neun dünnen (4 nm) Filamenten. Diese Filamentbänder erstrecken sich helikal, dicht unterhalb der Zellmembran, über die ganze Länge der Zelle. Durch Western-Blot-Analyse und Sequenzierung konnten desweiteren zwei Filament-bildende Proteine nachgewiesen werden, das sogenannte Fibril-Protein und das Aktin-ähnliche Protein MreB. Isolierungs- und Aufreinigungsversuche gelangen nur für das Fibril-Protein, für das elektronenmikroskopisch gezeigt werden konnte, daß es etwa 10 nm dicke Filamente bildet. Es wird angenommen, daß das Protein MreB die dünnen Filamente bildet, welche jedoch sehr instabil sind und daher bei der Isolierung zerfallen. Die aufgestellten Bewegungsmodelle ließen zudem eine Erklärung verschiedener Bewegungsmechanismen dieser schwimmenden Bakterien zu. Demnach ermöglichen Längen- oder Abstandsänderungen der beiden äuβeren Filamentbänder mittels des dazwischen liegenden Bandes eine Fortbewegung dieser Bakterien.
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Diese Arbeit dokumentiert die Ergebnisse der Untersuchungen des bakteriellen Cytoskeletts von Spiroplasma melliferum, die durch Anwendung der Kryo-Elektronentomographie und biochemischer Methoden gewonnen wurden. Die Elektronentomographie ist eine Abbildungstechnik, die eine drei-dimensionale (3-D) Abbildung pleomorpher, biologischer Objekte, wie z.B. Zellen, Organellen, Viren oder Proteine, mit einer Auflösung von derzeit 4-6 Nanometern ermöglicht. Durch Kombination mit Kryo-Präparationsmethode...
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