Bakterien sorgen für ihre Nachkommen

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.

Angewendet haben die Forschenden ihr Verfahren bei dem Modell-Bakterium Bacillus subtilis, das auch in der menschlichen Darmflora vorkommt. Wie sie berichten, verdeutlichten ihre Ergebnisse, wie komplex und dynamisch es in den Kolonien dieser Mikroben zugeht. Es zeigte sich dabei, wie kooperativ sich die Bakterien zugunsten der gesamten Gemeinschaft verhalten, die das Team als einen Schwarm bezeichnet. Dazu dient offenbar auch die Aufteilung in verschiedene Subpopulationen. Wie die Forscher berichten, spiegelt sich in den Profilen der Genaktivität dieser Einheiten wider, dass sie unterschiedliche Stoffwechselprodukte produzieren und nutzen.

Vorsorge und Strukturierung nützen der Gemeinschaft

Eine besonders interessante Feststellung war dabei: Die Einzeller leisten offenbar Vorsorge für die Ernährung ihrer Nachfolger: Während ihrer Wanderung lagern frühere Bakterien-Generationen demnach Stoffwechselprodukte ab, die von späteren, am selben Ort wachsenden genutzt werden können. „Unsere Beobachtungen zeigten, dass diese im Kollektiv lebenden Bakterien über mehrere Generationen hinweg miteinander kooperieren“, sagt Senior-Autor Knut Drescher von der Universität Basel.

Die Art der verfügbaren Stoffe beeinflusst dabei wiederum die Ausbreitung beziehungsweise das Verhalten in der Bakteriengemeinschaft. Den Forschern zufolge lässt sie sich in drei Einheiten einteilen: die Schwarmfront, die Zwischenregion und das Zentrum. Die Übergänge sind dabei allerdings fließend. „Je nach Region unterscheiden sich die Bakterien sowohl im Aussehen, den Eigenschaften als auch im Verhalten voneinander“, sagt Jeckel. „Während sie an den Rändern zumeist beweglich sind, bilden die Bakterien im Zentrum lange, unbewegliche Fäden und lagern sich zu einem 3D-Biofilm zusammen“, so die Forscherin. Durch diese räumliche und zeitliche Verteilung der Bakterien mit unterschiedlichen Eigenschaften kann die Gemeinschaft expandieren und sich gleichzeitig in einem schützenden Biofilm verschanzen, erklären die Wissenschaftler.

Ihnen zufolge könnte es sich bei dem neuen Verfahren nun um einen methodischen Durchbruch in der mikrobiellen Forschung handeln: Sie hoffen, dass ihr System und die bereits erzielten Resultate nun der weiteren Erforschung der Komplexität und Dynamik in der geheimnisvollen Mikroben-Welt zugutekommen können.

Quelle: Universität Basel, Fachartikel: Nature Microbiology, doi: 10.1038/s41564-023-01518-4