Bakterien könnten selbst durch Ritzen hindurchschlüpfen, die nur halb so groß sind wie sie selbst: Sie können durch winzige Kanäle schwimmen und sich so weit verformen, dass sie durch fast jede Öffnung passen, haben holländische Nanowissenschaftler herausgefunden. Sind die Kanäle trotzdem zu klein, können die Einzeller sie dennoch passieren, indem sie sich teilen und durch das Hindernis wachsen. Die Resultate des Teams um Cees Dekker von der Technischen Universität in Delft werfen neues Licht auf die Frage, wie steril medizinische Utensilien und Geräte sind. Außerdem könnten sie die Frage klären, wie Mikroorganismen in kleinsten Poren im Boden überleben können.
Die Wissenschaftler arbeiteten mit zwei Bakterienarten, die sich leicht voneinander unterscheiden: Bacillus subtilis und Escherichia coli, die eine etwas dünnere Zellwand besitzt. Die gentechnisch veränderten Einzeller leuchten unter UV-Licht grün und können so besser beobachtet werden. Die Forscher schleusten sie in winzige Kammern auf einem Siliziumchip, die durch Kanäle mit variierenden Durchmessern mit je einer Nachbarkammer verbunden waren. Das Verhalten der Bakterien verblüffte die Forscher, denn diese konnten sich verlängern, platt drücken oder zusammenquetschen, ohne dass ihre Teilungsfähigkeit dadurch beeinträchtigt wurde.
Die Bakterienzellen selbst haben einen Durchmesser von ungefähr einem Tausendstel Millimeter. Wenn genügend Platz vorhanden ist, bewegen sie sich schwimmend fort. Den untersuchten Bakterien gelang dies selbst dann noch, als der Kanal weniger als ein Drittel breiter war als sie selbst. Wenn der Durchmesser definitiv zu klein zum Schwimmen oder der Querschnitt des Kanals sehr flach war, zeigten die Bakterien eine raffinierte Verhaltensänderung: Sie quetschten sich kurzerhand in die Öffnung hinein und machten Strecke gut, indem sie sich immerfort teilten. So wuchsen sie durch Kanäle hindurch, die gerade halb so breit waren wie sie selbst. Zwar behielten einige Bakterien ihre veränderte Form bei, nachdem sie aus dem Kanal hinaus in die zweite Kammer geschlüpft waren. Sie teilten sich aber dennoch weiter und verhielten sich ansonsten ganz normal.
Diese enorme Flexibilität von Bakterienzellen überrascht selbst die Forscher. Poren im Bereich von unter einem Mikrometer, wie sie in vielen Bodentypen vorkommen, sind demnach bessere Lebensräume für Bakterien als bisher angenommen. Die Ergebnisse sind wichtig für die Herstellung steriler medizinischer Geräte und die Festsetzung von Größenstandards für Wasserfilter. Dekker gibt auch zu bedenken, dass die Interdisziplinarität in diesen Bereichen weiter gefördert werden müsse: “Mikrobiologen interessieren sich nicht für Nanofabrikation und Nanowissenschaftler wissen wenig über das Verhalten von Bakterien”. Doch die Kombination der beiden sei wichtig für die Produktion von Stoffen mit den gewünschten Eigenschaften, wie Verpackungen, die für Mikroorganismen langfristig nicht durchlässig sind oder Filter, die Wasser zuverlässig reinigen.
Cees Dekker (Technische Universität Delft) et al.: PNAS, doi: 10.1073/pnas.0907542106. ddp/wissenschaft.de ? Martina Bisculm
