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Bakterien tauschen Informationen aus, um zusammen ein Ziel zu erreichen. Eine Störung dieser Kommunikation könnte als Heilmittel dienen.

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    Mikrobiologie: Bakterien belauschen und bekämpfen

    Bakterien können sich untereinander verständigen und dann gemeinsam handeln. Eine gezielte Störung dieser Kommunikation könnte deshalb ein Mittel gegen Krankheitserreger sein und bei resistenten Keimen Antibiotika ersetzen.

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    Von
    • Jan-Claudius Hanika

    Wie viele sind wir gerade? Gibt es außer unserer Art noch andere Arten vor Ort? Sind diese Arten gefährlich? Auch Bakterien wollen wissen, was um sie herum vor sich geht und ob es sinnvoll ist, ein gemeinschaftliches Verhalten an den Tag zu legen oder ob sie zuerst einmal nur zahlenmäßig zulegen sollten. Für diese Abfragen haben sie ein breites Potpourri an unterschiedlichen Sprach- und Übersetzungsmolekülen entwickelt. Mit diesen informieren die Bakterien einander zuverlässig darüber, was in ihrer Umgebung gerade vor sich geht. Der Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Preis für das Jahr 2021 ehrt den Entdecker und die Entdeckerin der Sprachenvielfalt dieser bakteriellen Kommunikation, den US-Amerikaner Michael Silverman und die US-Amerikanerin Bonnie Bassler.

    Bakterien arbeiten zusammen

    Die von den beiden Preisträgern erforschte bakterielle Kommunikation wird heute als "Quorum Sensing" bezeichnet. Für Bakterien ist es sinnvoll, erst dann ein gemeinsames Verhalten zu beginnen, wenn sie eine bestimmte Zahl, also ein gewisses Quorum, erreicht haben. Das gemeinsamen Verhalten kann zum Beispiel zur Bildung eines Biofilms führen. Dieser schützt die Bakterien vor Angriffen des Immunsystems und der Wirkung von Antibiotika. Gemeinsames Verhalten kann auch in der Bildung von Toxinen bestehen, die den Wirtsorganismus angreifen können. Für ein einzelnes Bakterium wäre es nämlich sinnlos, alleine einen Giftstoff zu produzieren. Dessen Wirkung würde nicht nur schnell verpuffen, sondern das Immunsystem des Wirtes wäre auch sofort alarmiert. Für den Wirt wäre es dann ein Leichtes, mit der ganzen Härte seines Immunsystems gegen ein einzelnes Bakterium vorgehen. Bei Billionen von Bakterien dagegen stößt auch ein intaktes Immunsystem an seine Grenzen.

    Kommunikation unter Bakterien

    Bis zur Entdeckung dieses Quorum Sensings betrachtete man Bakterien als Einzelkämpfer, deren Aufgabe im Wesentlichen darin bestand, sich zu teilen und zwei neue Bakterien hervorzubringen. Eine Kommunikation mit ihresgleichen, anderen Bakterien und Viren oder gar den Zellen des Wirtsorganismus schien undenkbar. Heute weiß man dank der "Sprachforschung" von Silverman und Bassler, dass eine solche Kommunikation unter den Bakterien die Regel ist.

    Entdeckung an leuchtenden Tintenfischen

    Silverman hatte das Phänomen erstmals in den 1980er-Jahren bei Zwergtintenfischen entdeckt, die dank eines Bakteriums nachts blau-grün leuchten. Bassler entdeckte Anfang der 1990er-Jahre, dass es noch andere Sprachmoleküle gibt. Sie informieren die Bakterien, ob auch andere Arten vor Ort sind und wer in der Überzahl ist. Wenn nun die bakterielle Kommunikation Voraussetzung für die Bildung eines Biofilms oder eines Toxins ist, ist die Unterbrechung dieser Kommunikation eine neuartige Strategie im Kampf gegen schädliche Bakterien. Statt Antibiotika zu entwickeln, die Bakterien töten, können gezielt Substanzen entwickelt werden, die deren Absprachen durchkreuzen. Die Ehrung der beiden Wissenschaftler gilt daher nicht nur ihren grundlegenden Entdeckungen zur Biologie der Bakterien, sondern auch dem ungeheuren Anwendungspotenzial ihrer Forschung im Kampf gegen resistente Keime.

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