Volkszählung bei Bakterien

Bacillus subtilis kann Gruppenanteile in gemischten Populationen ermitteln

4. März 2020

Man weiß bereits seit längerem, dass Bakterien ihre Zahl in der Umgebung ermitteln können. Dazu scheiden sie Signalmoleküle aus, die sich mit zunehmender Zellzahl anreichern. Deren Menge kann eine Verhaltensänderung auslösen, wenn eine bestimmte Gruppenstärke erreicht ist. Ein Forscherteam des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie in Marburg und der Universität Heidelberg konnte nun zeigen, dass Bakterien darüber hinaus den Mengenanteil verschiedener Gruppen in ihrer Umgebung wahrnehmen können.

Bakterien können die Gesamtzahl einer Population ermitteln (Quorum Sensing; links). Über ein sogenanntes "Pumpsonden-System" kann Bacillus subtilis die Mengenanteile verschiedener Gruppen bestimmen (rechts). D Systeme sind bei grampositiven Bakterien weit verbreitet, aber auch bei Viren und mobilen genetischen Elementen.

In der Natur leben Mikroben oft in äußerst komplexen Lebensgemeinschaften, umgeben von anderen Zellen, die sich sogar innerhalb einer Art voneinander unterscheiden können. Die Leiterin der Studie, Ilka Bischofs, beschreibt es folgendermaßen: „Stellen Sie sich vor, Sie stehen in einem Ballsaal voller Menschen. Deren reine Anzahl ist für die Suche nach einem Tanzpartner nur bedingt relevant. Erst das Geschlechterverhältnis ermöglicht es Ihnen, abzuschätzen, wie schwer es ist, einen Partner zu finden. Auch Bakterien sammeln Informationen über ihre Umgebung, die ihnen helfen, sich bestmöglich anzupassen. Für ihre Entscheidungsfindung wären Informationen über Gruppenverhältnisse von großem Vorteil.“

Das Forscherteam untersuchte die Informationsgewinnung im Bakterium Bacillus subtilis. Diese Art besitzt eine Vielzahl von baugleichen chemischen Signalsystemen, von denen man bisher dachte, dass sie die Zellzahl messen. Doch könnten die Zellen damit noch weitaus mehr Informationen gewinnen.

Die jeweiligen Signalmoleküle werden nur von einem Teil der Zellen produziert, aber von allen Bakterien aufgenommen. Die Zellen konkurrieren daher untereinander um die Signalmoleküle. Je größer der Gruppenanteil an Signalproduzenten, desto mehr Signalmoleküle häufen sich in den Zellen an, wo sie ausgelesen werden. Wie beim Computer hängt die spezifische Funktion eines Gesamtsystems allerdings von seinen Einstellungen ab. Das Forscherteam hat entdeckt, dass das exemplarisch untersuchte Signalsystem in den Bakterien tatsächlich für eine Anteilsmessung richtig konfiguriert ist.

Diese Fähigkeit könnte dem Bakterium entscheidende Vorteile bringen. Wie die Forschung in den vergangenen Jahren gezeigt hat, spaltet Bacillus subtilis seine Population oftmals in Untergruppen von Zellen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Funktionen auf. Ähnlich wie ein Aktienhändler diversifiziert das Bakterium sein Portfolio an Phänotypen. Das Wissen um die Zusammensetzung eines Portfolios ermöglicht es, passend auf veränderte Bedingungen zu reagieren - eine Strategie, die Bakterien im Laufe der Evolution möglicherweise schon entdeckt haben.

Weitere interessante Beiträge

Zur Redakteursansicht