Bakterielle „Piratenschiffe“ im Visier

Zunächst konnte das Team durch die mikroskopischen Aufnahmen dokumentieren, dass die Aureispira-Bakterien wie Piratenschiffe in ihrem Jagdgebiet unterwegs sind: Haben sie Vibrio-Bakterien „gesichtet“, bewegen sie sich auf sie zu, docken an, halten die normalerweise beweglichen Opfer fest und töten sie schließlich ab. Wie die genaueren Untersuchungen aufdeckten, ist dieser Ablauf tatsächlich auch im Detail von „Seeräuber-Techniken“ geprägt: Die Forschenden haben bei Aureispira molekulare Strukturen entdeckt, die wie Enterhaken aussehen und auch entsprechend eingesetzt werden. Zudem verfügt das Bakterium über eine Art Bolzenschusssystem, das wie Kanonenfeuer fungiert. Es handelt sich dabei um ein sogenanntes kontraktiles Injektionssystem, das schon bei anderen Bakterien entdeckt wurde, erklären die Forschenden.

Auf Kaperfahrt mit Enterhaken und Kanonen

Bei den „Enterhaken“ handelt es sich um fadenförmige Gebilde, die von der Zelloberfläche der Aureispira-Bakterien ausgehen und mit einer Verankerungsstruktur am Ende versehen sind. Beim „Kapern“ ergreifen diese Strukturen die Fortbewegungsorgane des Opfers – die feinen Geißeln. Dadurch wird die Beute gebunden und kann nicht mehr fliehen, erklären die Forschenden. Anschließend feuert Aureispira dann seine „Kanonen“ ab: Durch Kryo-Elektronenmikroskopie konnten die Forschenden detailliert dokumentieren, wie die Bolzenschuss-Einheiten Löcher in die Hülle der Opfer schlagen. Durch weitere Analysen konnten sie dabei auch nachweisen, wie die Räuber die Vibrio-Bakterien ausbeuten: Sie nehmen die austretenden Zellsubstanzen als Nahrung auf. „Die ganze Szene ähnelt damit einem Piratenüberfall auf ein anderes Schiff“, sagt Seniorautor Martin Pilhofer von der ETH.

Die „Piraterie“ ist bei den Mikroben allerdings aus der Not geboren, geht aus weiteren Ergebnissen der Forschenden hervor: Wie sich zeigte, begeben sich die Aureispira-Bakterien nur auf Raubzüge, wenn sie hungrig sind. Reicht die Versorgung mit Nährstoffen in ihrer Umgebung dagegen aus, verzichten sie sogar auf die Ausrüstung mit Enterhaken und Kanonen. Diese fakultativ räuberische Lebensweise spiegelt sich dabei auch in der Aktivität bestimmter Gene wider, stellten die Forschenden fest. Diese Erbanlagen, auf denen das Ixotrophie-Konzept offenbar beruht, konnte das Team auch bei anderen marinen Bakterien nachweisen. „Die Ixotrophie könnte somit eine übersehene, aber entscheidende Rolle für die Ernährung von Bakterien in heterogenen aquatischen Umgebungen und bei der Bildung mikrobieller Populationen spielen“, schreiben die Autoren.

Neben dieser Bedeutung für die Grundlagenforschung könnten die Ergebnisse allerdings auch praktisches Anwendungspotenzial besitzen, sagen die Forschenden. Denn von bestimmten räuberischen Bakterien ist bekannt, dass sie einzellige Cyanobakterien jagen, die giftige Blaualgen-Blüten in Gewässern verursachen können. Möglicherweise lassen sich die Piraten-Bakterien also zur Prävention von Massenvermehrungen problematischer Mikroben einsetzen. Weiteres Potenzial steckt zudem in dem Bolzenschusssystem: Es gibt bereits Ideen, diese Waffen mit Wirkstoffen zu beladen. So könnten die Mikroben sie möglicherweise im Auftrag der Medizin in Zellen injizieren.

Quelle: ETH Zürich, Fachartikel: Science, doi: 10.1126/science.adp0614