Schädliche Bakterien können Raubtieren in gemischten Kolonien entkommen

Laut einer Studie von Forschern des Dartmouth College könnten Bemühungen zur Bekämpfung krankheitsverursachender Bakterien durch die Nutzung ihrer natürlichen Feinde untergraben werden, wenn mehrere Arten denselben Raum besetzen.

Wenn sie in gemischten Kolonien wachsen, können einige schädliche Bakterien Angriffen von Bakterien und Viren widerstehen, die auf sie abzielen, indem sie Schutz in Gruppen rivalisierender Arten finden, so ein Bericht, der in veröffentlicht wurde Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Die Forscher fanden heraus, dass das Darmbakterium Escherichia coli von dicht gepackten Kolonien von Vibrio cholerae umgeben wurde, die die tödliche Krankheit Cholera verursachen, wenn die Arten zusammen gezüchtet wurden. Diese Cluster schützten E. coli vor dem Bakterium Bdellovibrio bacteriovorus, das beide Arten einzeln jagt, aber in der Studie nur die äußere Schicht von V. cholerae töten konnte. Dadurch konnten sich die unversehrten Zellen von E. coli und V. cholerae isoliert innerhalb der Kolonien frei vermehren.

Die Ergebnisse fügen der Entwicklung biologischer antimikrobieller Mittel eine neue Komplikationsebene hinzu, bei der bakterientötende Bakterien oder Viren – sogenannte Bakteriophagen – zur Bekämpfung von Infektionen eingesetzt werden, sagte der korrespondierende Autor Carey Nadell, Assistenzprofessor für Biowissenschaften am Dartmouth College. Diese Organismen können beim Eindringen in Bakterienkolonien oder Biofilme wirksamer sein als Antibiotika und haben sich als mögliche Ergänzung oder Alternative zu Antibiotika herausgestellt. Bakterien auf der ganzen Welt sind aufgrund des übermäßigen Gebrauchs der Medikamente resistenter gegen Antibiotika geworden.

Die meisten Forschungen zu räuberischen Bakterien und Phagen konzentrierten sich jedoch auf Flüssigkulturen oder Biofilme einzelner Arten, sagte Nadell. Die Dartmouth-Studie zeigt, dass die Wechselwirkungen zwischen mehreren Bakterienarten – die im wirklichen Leben häufiger vorkommen – durch die isolierte Untersuchung von Arten schwer vorherzusagen sind. In einer verwandten Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde PLoS-Biologie im Dezember, Nadell und Co-Autoren Benjamin Wucher und James Winans, Ph.D. Kandidaten in den Biowissenschaften in Dartmouth fanden heraus, dass E. coli auch den Bakteriophagen T7 vermeiden konnte, wenn es in Gruppen von V. cholerae eingebettet war.

„Es gab bestimmte Elemente unserer Experimente, die näher am realen Leben sind – viele Infektionen werden durch Bakterien verursacht, die mit anderen Bakterien in einem Biofilm leben. Sie sind wie ein Wald – sie sind kleine Ökosysteme“, sagte Nadell.

„Wenn E. coli mit V. cholerae wächst, könnte es besser abschneiden als alleine, aber V. cholerae schnitt schlechter ab. Es ist faszinierend, dass das Zusammenwachsen gegensätzliche Auswirkungen auf die Überlebenschancen jeder Art hatte“, sagte er. „Unsere Forschung zeigt, dass die Art und Weise, wie Beutepopulationen Raubtieren widerstehen oder nicht widerstehen können, unter Mehrartenbedingungen sehr unterschiedlich sein kann. Die Wirksamkeit von Bakteriophagen und räuberischen Bakterien, schädliche Bakterien abzutöten, könnte von den anderen Arten abhängen, mit denen ihre Beute lebt, und von den Biofilmstrukturen, die sie allein oder zusammen produzieren.“

Im PNAS Studie, der Schutz, der E. coli gewährt wurde, hing davon ab, wie nahe sich die beiden Bakterien waren, als sie zu wachsen begannen. Bei geringer Besiedelung hatte V. cholerae reichlich Platz, um sich zu dicht gepackten Kolonien zu bilden, die E. coli umhüllten, das nicht so dicht wächst.

Aber als beide Arten dicht beieinander begannen, verhinderte E. coli, dass V. cholerae seine normale Gruppenstruktur bildete. Diese Störung führte dazu, dass beide Arten anfälliger für den Tod durch B. bacteriovorus wurden.

„Als wir diese Arten zusammenstellten, beobachteten wir Eigenschaften von Biofilmen, die wir nicht wirklich vorhersagen konnten, die direkte Auswirkungen auf die Verwendung von Phagen und räuberischen Bakterien zu ihrer Abtötung haben würden“, sagte Nadell. „Unsere Arbeit unterstreicht, wie wichtig es ist, andere Beispiele für Biofilmstrukturen mit mehreren Arten zu untersuchen. Wir sind zuversichtlich, dass das, was wir gesehen haben, auf andere Fälle zutreffen wird, aber es ist eine Frage des Zeitpunkts und des Ausmaßes.“