Wie sich E. coli bewegt: Der bemerkenswerte Flagellenmotor

E. coli schwimmt mittels peritrichen Flagellen – helischen Filamenten, die von einem ausgeklügelten Rotationsmotor angetrieben werden, der in der Zellhülle eingebettet ist. Diese Nanomaschine ist ein Wunderwerk biologischer Technik.

Flagellen-Architektur

• Basalkörper: Der Rotationsmotor (MS-Ring, C-Ring, Statorproteine MotA/MotB) nutzt die Protonenmotivkraft (PMF), um Drehmoment zu erzeugen.
• Haken: Ein flexibles Gelenk, das das Drehmoment vom Motor zum Filament überträgt.
• Filament: Ein Polymer aus Flagellin (FliC), etwa 20 nm im Durchmesser und 10–15 µm lang.

Genetische Regulation

• Master-Regulator FlhDC (FlhD₄C₂-Komplex) aktiviert Klasse 2 und 3 Flagellengene.
• Das Chemotaxis-System (Che-Proteine) moduliert die Rotationsbias über phosphoryliertes CheY (CheY-P) Bindung an den Motor-Schalterkomplex (FliG/FliM).

Lauf-und-Taumel-Navigation

• Gegen-Uhrzeigersinn (CCW) Rotation: Flagellen bündeln sich und erzeugen einen glatten „Lauf“ (gerade Schwimmbewegung).
• Uhrzeigersinn (CW) Rotation: Das Bündel fliegt auseinander, verursacht einen „Taumel“ (zufällige Neuorientierung).
• Chemoattraktanten (z. B. Serin, Asparat) → ↓ CheY-P → längere Läufe zur Quelle.
• Chemorepellents → ↑ CheY-P → häufigere Taumel.

Biologische Bedeutung

Motilität ermöglicht die Kolonisierung von Nischen wie Darm und Harnwege, erleichtert Biofilmdisperse und trägt zur Virulenz bei. Flagellin ist auch ein starker Immunaktivator, erkannt von TLR5 auf Wirtszellen.