S-Layer
Als S-Layer (aus dem engl. surface layer - Oberflächenschicht), Kristalline Zellwand, S-Schicht(en), oder auch Hüllproteine bezeichnet man membranartige Oberflächenstrukturen, die von vielen Bakterien und Archaeen auf ihrer Zellwand ausgebildet werden.
Aufbau des S-Layers
Im Gegensatz zur Zellmembran, welche aus Lipiden besteht, wird der S-Layer für gewöhnlich aus einer einzelnen Protein- (oder Glykoprotein-) Spezies gebildet. Diese Protein-Monomere sind durch Selbstorganisation in der Lage, Schichten mit einem symmetrisch angeordnetem Gitter auszubilden. Aufgrund der regelmäßigen Anordnung dieser Schichten spricht man auch von (zweidimensionalen) kristallinen Strukturen oder organischen Kristallen. In der Regel sind die S-Layer-Proteine sowohl untereinander als auch an andere Zellwandkomponenten nichtkovalent gebunden.
Es wurden - je nach Organismus - sehr unterschiedliche S-Layer isoliert; einige Spezies sind sogar in der Lage, nach Bedarf mehrere verschiedene S-Layer auszubilden. Bei den bisher identifizierten S-Layern weisen die Monomere eine Molmasse von 40 bis 200 kDa auf. Die Schichtdicke der daraus gebildeten Strukturen beträgt 5 bis 20 nm.
Funktion des S-Layers
Der S-Layer stellt in der Regel den äußersten (oder wie im Fall einiger Archaeen, den einzigen) Zellwand-Bestandteil dar und kann je nach Organismus unterschiedliche Funktionen erfüllen.
Es wird vermutet, dass der S-Layer neben der formbildenden Funktion in vielen Fällen auch dem Schutz vor schädigenden Umwelteinflüssen (z.B. Biomineralisation), aber auch vor Phagen oder im Fall von pathogenen Keimen, vor Phagozytose dient.
Außerdem ist der S-Layer ein Virulenzfaktor einiger Bakterienstämme, beispielsweise bewirkt er bei Campylobacter spp. die in-vivo-Veränderlichkeit (antigenic shift) und verhindert die Bindung von C3b.
In vielen Fällen ist der Zweck dieser zusätzlichen Zellwandkomponente jedoch unbekannt; unter Laborbedingungen verlieren einige Spezies die Fähigkeit, S-Layer auszubilden.
Selbstorganisation
Die Möglichkeit von S-Layern zur Selbstorganisation verleiht den S-Layer-Monomeren die Fähigkeit, an der Zellwand und an anderen Monomeren anzubinden. Man nimmt an, dass die Bindungsstärke der einzelnen Monomere untereinander größer ist, als die Bindung an die darunter liegenden Zellwandkomponente. In Experimenten mit isolierten Hüllprotein-Monomeren wurde nachgewiesen, dass S-Layer für die Rekristallisation nicht auf eine natürliche Zelloberfläche angewiesen sind, sondern auch an anderen Oberflächen, an Phasengrenzen oder spontan in Suspensionen rekristallisieren können. Die Information für die Ausbildung einer regelmäßigen S-Layer-Schicht muss also in jedem einzelnen Monomer enthalten sein.
Literatur
- Dietmar Pum u.a.: S-layer proteins as basic building blocks in a biomolecular construction kit
- Reiner Wahl: Reguläre bakterielle Zellhüllenproteine als biomolekulares Templat. Dissertation an der Technischen Universität, Dresden 2003, URN: nbn:de:swb:14-1055925295812-40846