Video: Eine Zeitrafferaufnahme zeigt, wie sich eine Bakterienkolonie auf einem Kulturmedium im Labor ausbreitet und dabei strukturiert. © Biozentrum, Universität Basel
Von wegen simple Mikroben: Bakteriengemeinschaften können raffiniert strukturiert sein und die Einzeller profitieren voneinander über Generationen hinweg, verdeutlicht eine Studie. Pioniere einer Kolonie hinterlassen demnach bestimmte Stoffwechselprodukte als Nahrungsquelle für ihre Nachkommen. Dies konnten die Forscher durch eine neuentwickelte Untersuchungsmethode an einem Modell-Bakterium aufzeigen. Dabei kombinierten sie mikroskopische und genetische Techniken, sodass die Aktivierung bestimmter Programme in den Mikroben mit den verschiedenen Entwicklungsstadien verknüpft werden kann.
Sie sind so winzig, dass wir sie mit bloßem Auge nicht sehen können, und dennoch sind sie Riesen in der Lebenswelt unseres Planeten: Überall wimmelt es von Bakterien, die teils fundamentale Rollen in den natürlichen Abläufen spielen. Manche Arten zersetzen etwa Biomasse im Boden, andere helfen bei der Verdauung im Darm und einige können uns bekanntlich auch krank machen. In der Regel leben diese Einzeller nicht allein, sondern bilden Gemeinschaften aus. Das Zusammenleben kann ihnen dabei viele Vorteile bieten: Als Kollektiv bringen sie bestimmte Merkmale hervor, die ihrer Ernährung dienen, sowie helfen, schwierigen Bedingungen und Angriffen zu trotzen. Beispielsweise bilden manche Arten sogenannte Biofilme aus – schleimige Schichten, durch die sie sich besser festsetzen können.
Methodischer Fortschritt
Wegen der Bedeutung für das mikrobielle Leben sind Einblicke in die Bildungsprozesse solcher Bakterienstrukturen wichtig. Dazu hat nun ein internationales Forscherteam um Hannah Jeckel von der Universität Basel einen wichtigen Beitrag geleistet. Ihr neues Untersuchungsverfahren basiert dabei auf der Kombination von moderner Mikroskopie, genetischen Analysen und automatisierter Probennahme. Bei dem System steht eine Bakterienkolonie, die auf einem Kulturmedium wächst, im Visier eines Mikroskops, das seinen Fokus flexibel auf spezielle Bereiche richten kann. Es ist mit einem Roboterarm gekoppelt, der durch hochfeine Beweglichkeit eine präzise Entnahme von Proben der Mikroben an bestimmten Stellen und zu unterschiedlichen Zeiten ermöglicht.
Das Material kann dann genetischen Analyseverfahren zugeführt werden, die aufzeigen, welche Erbanlagen in den Mikroben jeweils aktiv sind. So können die Wissenschaftler dieses sogenannte spatiotemporale Transkriptom der Bakterien erfassen und es mit bestimmten Merkmalen verknüpfen, die sich bei den mikroskopischen Aufnahmen zeigen.
