Alle reden über die Viren, die uns wieder mehr oder weniger akut bedrohen & plagen. Und die bleiben werden und immer wieder mutiert im neuen Gewand angreifen.
Die Bakterien sind aber auch noch da und auch sie werden bleiben. Denn sie haben – wie wir Menschen auch – einen ziemlich stabilen «Generationenvertrag».
Wer hat`s herausgefunden? Natürlich die Forschenden vom Biozentrum an der Universität in Basel.
Bakterien leben bekanntlich nicht nur in Gemeinschaften, sondern sie kooperieren dabei sogar miteinander und versorgen sich gegenseitig über Generationen hinweg mit Nährstoffen.
Als «Kollektiv» oder neudeutsch «Team» bewohnen die Bakterien unseren Darm, auch als «Darmmikrobiom» bekannt, oder sie bilden die Biofilme, wie beim Zahnbelag.
Den einzelnen Mikroben bietet dieses Zusammenleben viele Vorteile. Sie können widrigen Umweltbedingungen besser trotzen, erobern gemeinsam neue Territorien und profitieren dabei voneinander.
Die Bildung solcher Bakteriengemeinschaften ist ein hochkomplexer Vorgang, bei dem dreidimensionale Gebilde aus den Bakterien entstehen.
In ihrer aktuellen, in «Nature Microbiology» publizierten Studie, hat das Team von Prof. Dr. Knut Drescher vom Biozentrum der Universität Basel die Entstehung von solchen kooperierenden «Bakterienschwärmen»einmal genauer untersucht.
Ihnen ist dabei ein methodischer Durchbruch gelungen, mit dem sie nun erstmals die Gen-Expression mitverfolgen konnten und gleichzeitig das Verhalten der einzelnen Zellen filmen konnten, während sich die mikrobiellen Gemeinschaften räumlich & zeitlich entwickeln.
Quasi als Modellorganismus diente den Forschenden dabei der Bacillus subtilis.
Welch ein netter Name!
«Dieses weit verbreitete Bakterium ist auch Teil unserer Darmflora. Unsere Beobachtungen zeigten, dass diese im Kollektiv lebenden Bakterien über mehrere Generationen hinweg miteinander kooperieren.», erklärt Professor Knut Drescher.
«Frühere Generationen hinterlassen dabei Stoffwechselprodukte für die Nachkommen.»
Wie sich zudem herausstellte, gibt es innerhalb eines Bakterienschwarms verschiedene Subpopulationen. Diese produzieren und nutzen unterschiedliche Stoffwechselprodukte.
Die Art der verfügbaren Stoffe wiederum beeinflusst die Ausbreitung beziehungsweise das Schwarmverhalten der Bakterien. Soweit kann man sich das als Laie auch gut vorstellen.
Die Forschenden machten sich nun die Kombination
- von modernster Mikroskopie,
- genetischen Analysen und
- automatisierten Probennahme zu Nutze.
So konnten sie zu bestimmten Zeitpunkten an genau definierten Orten die Gen-Expression und das Verhalten der Bakterien untersuchen und bestimmen, welche Stoffe die Bakterien ausscheiden.
Der Bakterienschwarm liess sich so in drei grosse Regionen einteilen: die Schwarmfront, die Zwischenregion und das Zentrum. Die Übergänge sind jedoch fliessend.
«Je nach Region unterscheiden sich die Bakterien sowohl im Aussehen, den Eigenschaften als auch im Verhalten voneinander.», erklärt Erstautorin Frau Hannah Jeckel.
«Während sie an den Rändern zumeist beweglich sind, bilden die Bakterien im Zentrum lange, unbewegliche Fäden und lagern sich zu einem 3D-Biofilm zusammen.»
Ein Grund dafür sei das unterschiedliche Platz- und Nährstoffangebot.
Durch die räumliche Verteilung der Bakterien mit unterschiedlichen Eigenschaften könne die Bakteriengemeinschaft expandieren und sich aber auch gleichzeitig im schützenden Biofilm verschanzen.
Dieser Prozess scheint bei den Bakterien-Gemeinschaften weit verbreitet und sehr wichtig für ihr Überleben zu sein.
Die Ergebnisse der Studie verdeutlichen die Komplexität und die Dynamik innerhalb bakterieller Gemeinschaften und zeigen, dass die einzelnen Bakterien miteinander interagieren und sich kooperativ verhalten – immer zugunsten der Community.
Die räumlichen & zeitlichen Komponenten spielen somit eine zentrale Rolle, wenn die mikrobiellen Gemeinschaften entstehen und sich danach dann etablieren.
Was ist das Neue an der Forschung?
Der eigentliche Meilenstein dieser Arbeit ist, dass die Forschenden um Herrn Professor Drescher erstmals eine Technik entwickelt haben, mit der umfassende raum-zeitliche Datensätze von einem vielzelligen Prozess aufgenommen werden können.
Und dieses zusätzlich in einer so hohen Auflösung, wie es sie bis jetzt für kein anderes biologisches System gibt.
Na dann an die Arbeit, Bacillus subtilis!
Quelle:
Hannah Jeckel et al.
Simultaneous spatiotemporal transcriptomics and microscopy of Bacillus subtilis swarm development reveal cooperation across generations.
Nature Microbiology (2023), doi: 10.1038/s41564-023-01518-4
Foto: https://microbz.co.uk/bacillus-subtilis/
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