Ionenkanäle sind röhrenförmig angeordnete Proteinkomplexe mit einer speziellen Funktion: Sie ermöglichen elektrisch geladenen Teilchen sogenannte Biomembranen zu durchqueren, also Abgrenzungen zwischen Zellen und einzelnen Zellkompartimenten zu passieren. Über solche Ionenkanäle leiten menschliche Nervenzellen Informationen weiter. Das Öffnen beziehungsweise schließen von Kanälen beeinflusst dabei, ob elektrische Teilchen in die Zelle ein- oder ausströmen können.
Biofilme unter der Lupe
Durch diese elektrische Kommunikation zwischen Neuronen im Gehirn entstehen all unsere Sinneswahrnehmungen, unser Verhalten und unsere Intelligenz, sagt Süel. „Dass auch Bakterien über Ionenkanäle kommunizieren, rückt die Mikroorganismen in ein neues Licht.” Tatsächlich stammt viel von dem Wissen, das Forscher heute über die Reizweiterleitung in unserem Gehirn haben, aus strukturellen Studien an bakteriellen Ionenkanälen. Doch inwiefern die Bakterien selbst diese Ionenkanäle nutzen, war bislang ein Rätsel.
Erst die Untersuchungen von Süel und seinen Kollegen klären dieses Geheimnis nun auf. Die Biologen haben Biofilme studiert, die aus einer Schleimschicht bestehen, in der dicht gedrängt Millionen von Bakterien leben. Diese Lebensgemeinschaften siedeln sich in der Regel auf Oberflächen an – zum Beispiel auf Zähnen, wo sie einen unschönen Belag bilden.
Glutamat als Hinweisgeber
Schon in früheren Studien hatte Süels Team entdeckt, dass Biofilme zu Erstaunlichem fähig sind. Sie können Konflikte und Stress innerhalb der Gemeinschaft aktiv lösen. Konkret beobachteten die Forscher Folgendes: Wenn ein Biofilm aus bakteriellen Zellen eine bestimmte Größe erreicht hat, hören die Zellen am Rand des Films, die uneingeschränkten Zugang zu Nährstoffen haben, zeitweise auf zu wachsen. Stattdessen erlauben sie wichtigen Nährstoffen nun auch zum Zentrum des Biofilms zu fließen – hauptsächlich Glutamat. Auf diese Weise bleiben auch die Bakterien im Inneren der Kolonie am Leben und sind zudem widerstandsfähiger gegen Chemikalien und Antibiotika.
Damit war klar: Irgendwie müssen dieses Schwankungen des Biofilmwachstums koordiniert werden. Und die Koordination muss über lange Distanzen funktionieren – vom Inneren des Biofilms bis zu seinen Randbereichen. Weil die Bakterien offensichtlich primär um Glutamat konkurrieren, spekulierten die Wissenschaftler, dass eine Form elektrochemischer Kommunikation an dem Prozess beteiligt sein könnte. Denn Glutamat ist ein elektrisch geladenes Molekül. Zudem treibt es den Forschern zufolge etwa die Hälfte aller menschlichen Hirnaktivitäten an.
