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Bakterien-Klone: Genetisch gleich, aber individueller als gedacht

24.04.2019

Genetisch identisch und doch unterschiedlich: Bakterien reagieren individuell verschieden auf chemische Lockstoffe, wie Forscher der ETH Zürich berichteten. Das Verhalten von Bakterien lässt sich somit eigentlich nur auf Einzelzell-Ebene wirklich erfassen.

Das Leben einer Mikrobe besteht im Grund daraus, Stoffe zu "erschnüffeln" und ihnen zu folgen oder sich von ihnen zu entfernen. Bisher glaubte man, dass dieses sogenannte chemotaktische Verhalten von genetisch identischen Bakterien mehr oder weniger gleich sein sollte. Forscher der ETH Zürich um Mehdi Salek, Francesco Carrara und Roman Stocker haben nun aber bei einem Experiment erstaunliche Verhaltensunterschiede entdeckt. Davon berichteten sie im Fachblatt "Nature Communications".

Für ihre Studie ließen sie Bakterien durch eine Art mikroskopisches Labyrinth schwimmen. Für die Erforschung des Verhaltens größerer Tiere wie Insekten, Würmer, aber auch Pflanzenwurzeln werden Labyrinthe rege genutzt. Nun wendeten die Forschenden das Prinzip erstmals im mikroskopischen Maßstab an, wie die ETH mitteilte. Dabei glich das Labyrinth einem Stammbaum, der sich vom Stamm - dem Startkanal - aus immer weiter verästelt.

Die Wissenschafter ließen genetisch identische Bakterien - also Klone - vom gleichen Startpunkt aus durch das Labyrinth schwimmen und dabei einem chemischen Lockstoff folgen. Diesen können die Bakterien durch spezialisierte Rezeptoren wahrnehmen. Bei jeder Weggabelung mussten die Mikroben entscheiden, in welche Richtung sie sich drehen und weiterschwimmen wollten.

Bakterien teilen sich in Verzweigungen auf

Wie sich zeigte, teilten sich die Bakterien zunehmend in den Verzweigungen auf. Einige konnten dem Lockstoff demnach besser folgen als andere, schrieb die ETH. Die Forscher erklären dies damit, dass die Bakterien zwar identische Gene haben, aber diese Gene teils unterschiedlich aktiv in den verschiedenen Zellen sein können.

Für die Evolution der Bakterien hat diese Individualität große Vorteile: Die einen Bakterien, die den Lockstoff besonders gut wahrnehmen, können rasch lokal stabile Nahrungsquellen ausmachen und nutzen. Die weniger guten "Schnüffler" hingegen wagen sich eher in unbekanntes Terrain und stoßen in einer sich ständig ändernden Umwelt womöglich auf neue Nahrungsquellen.

Die Individualität von Bakterien trotz identischer Gene ist schon länger bekannt und spielt beispielsweise bei der Entwicklung von Resistenzen gegen Antibiotika eine wichtige Rolle, betonte Stocker. Die neue Studie zeige, dass auch grundlegende Eigenschaften wie Fortbewegung und Chemotaxis von dieser Individualität geprägt seien. Die Erkenntnis könne womöglich auch helfen, beispielsweise bakterielle Infektionen von Korallen oder den mikrobiellen Abbau von Ölverschmutzungen besser zu verstehen.

Service: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09521-2

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