Bakterien machen sich auf den Weg, um engen Räumen zu entkommen

Eine neu veröffentlichte Studie von Forschern der University of Hawai’i in Mānoa ergab, dass Bakterien ihre Schwimmmuster ändern, wenn sie in enge Räume geraten – und sich auf den Weg machen, um aus der Haft zu entkommen.

Fast alle Organismen beherbergen Bakterien, die symbiotisch auf oder in ihrem Körper leben. Der hawaiianische Bobtail-Tintenfisch Euprymna scolopes geht eine exklusive symbiotische Beziehung mit dem Meeresbakterium Vibrio fischeri ein, das einen peitschenartigen Schwanz hat, mit dem es zu bestimmten Stellen im Körper des Tintenfischs schwimmt.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Jonathan Lynch, der Postdoktorand am Pacific Biosciences Research Center (PBRC) an der UH Mānoa School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST) war, entwarf kontrollierte Kammern, in denen sie die Vibrio-Bakterien beobachten konnten Baden. Mithilfe der Mikroskopie entdeckte das Team, dass die Bakterien, wenn sie sich zwischen offenen Bereichen und engen Räumen bewegten, unterschiedlich schwimmen. Insbesondere ändern sie ihr Schwimmverhalten, um nicht in engen Räumen stecken zu bleiben.

„Dieser Befund war ziemlich überraschend“, sagte Lynch, der jetzt Postdoktorand an der University of California in Los Angeles ist. „Zuerst suchten wir danach, wie Bakterienzellen die Form ihrer Schwänze veränderten, wenn sie sich in enge Räume bewegten, stellten jedoch fest, dass wir Probleme hatten, Zellen in den engen Räumen tatsächlich zu finden. Nachdem wir genauer hingesehen hatten, stellten wir fest, dass es so war denn die Bakterien schwammen aktiv aus den engen Zwischenräumen heraus, was wir nicht erwartet hatten.“

In offenen Räumen, ohne Chemikalien, von denen sie angezogen oder abgestoßen werden konnten, schienen Bakterien ohne erkennbares Muster zu mäandrieren – zufällig und zu unterschiedlichen Zeitpunkten die Richtung zu ändern. Beim Eintritt in enge Räume begradigten die Bakterien ihre Schwimmwege, um aus der Einschließung zu entkommen.

Die Beziehung zwischen dem Tintenfisch und diesem Bakterium ist ein nützliches Modell dafür, wie Bakterien mit anderen Tieren zusammenleben, wie zum Beispiel das menschliche Mikrobiom. Mikroben legen oft komplizierte Wege zurück und quetschen sich manchmal durch enge Zwischenräume im Gewebe, bevor sie bevorzugte Stellen in ihrem Wirtsorganismus besiedeln. Es ist bekannt, dass eine Vielzahl von Chemikalien und Nährstoffen in Wirten Bakterien zu ihrem endgültigen Ziel führen. Es ist jedoch weniger darüber bekannt, wie physikalische Merkmale wie Wände, Ecken und enge Räume das Bakterienschwimmen beeinflussen, obwohl diese physikalischen Merkmale in vielen Bakterien-Tier-Beziehungen zu finden sind.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass enge Räume ein zusätzlicher, entscheidender Hinweis für Bakterien sein können, während sie durch komplexe Umgebungen navigieren, um in bestimmte Lebensräume einzudringen“, sagte Lynch. „Das Ändern der Schwimmmuster in engen Räumen kann es einigen Bakterien ermöglichen, schnell durch die engen Räume zu schwimmen, um auf die andere Seite zu gelangen, aber für die anderen drehen sie sich um, bevor sie stecken bleiben – ähnlich wie die Wahl, ob sie über eine wackelige Brücke rennen oder dreh dich um, bevor du zu weit gehst.“

In Zukunft hoffen die Forscher herauszufinden, wie diese Bakterien ihre Schwimmaktivität verändern, und zu bestimmen, ob andere Bakterien das gleiche Verhalten zeigen.