Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Essenskanäle für Bakterien

23.02.2015

Bakterien verbinden sich untereinander und tauschen Nährstoffe aus. Dass Bakterien sich bei Nährstoffmangel gegenseitig aushelfen ist schon länger bekannt.

Wie dieser Nährstoffaustausch praktisch aussehen kann, haben jetzt Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena sowie der Universitäten Jena, Kaiserslautern und Heidelberg, herausgefunden. Sie entdeckten, dass manche Bakterien Nanokanäle zwischen einzelnen Zellen ausbilden, die den direkten Austausch von Nährstoffen ermöglichen. (Nature Communications, 23. Februar 2015)


Elektronenmikroskopische Aufnahme gentechnisch veränderter Bakterienstämme der Arten Escherichia coli und Acinetobacter baylyi, die Aminosäuren über Nanokanäle austauschen.

Martin Westermann / Elektronenmikroskopisches Zentrum am Universitätsklinikum der Friedrich-Schiller-Universität Jena

Bakterien leben zumeist in artenreichen Gemeinschaften, in denen häufig Nährstoffe und andere Stoffwechselprodukte ausgetauscht werden. Es war bislang unklar, ob Mikroorganismen diese Substanzen ausschließlich über die Umwelt austauschen oder ob sie dafür direkte Verbindungen zwischen den Zellen benutzen.

Wissenschaftler der Forschungsgruppe Experimentelle Ökologie und Evolution am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben bakterielle Gene ausgeschaltet, sodass die Bakterien manche Aminosäuren nicht mehr produzieren konnten, andere wiederum in erhöhtem Maße herstellten. Für ihre Experimente nutzten die Wissenschaftler das Bodenbakterium Acinetobacter baylyi, sowie den Darmkeim Escherichia coli.

Wuchsen die so veränderten Bakterien zusammen, konnten sie sich gegenseitig ernähren, um so den experimentell erzeugten Aminosäuremangel wieder auszugleichen (siehe auch unsere Pressemeldung vom 2. Dezember 2013 „Arbeitsteilung im Reagenzglas - Bakterien wachsen schneller, wenn sie sich gegenseitig Nährstoffe zur Verfügung stellen“ - http://www.ice.mpg.de/ext/1051.html?&L=1). Wurden die Bakterien allerdings durch einen Filter getrennt, der Aminosäuren im Nährmedium zwar durchließ, einen direkten Austausch zwischen den beiden Bakterienstämmen jedoch verhinderte, konnte keiner der Stämme wachsen.

„Dies zeigte uns, dass offenbar ein direkter Kontakt zwischen den Zellen notwendig ist, um die Nährstoffe auszutauschen“, erläutert Samay Pande, der im Rahmen seiner Doktorarbeit am Max-Planck-Institut in Jena an diesem Projekt forschte und inzwischen wissenschaftlicher Mitarbeiter der ETH Zürich ist.

Im Elektronenmikroskop konnten die Wissenschaftler beobachten, dass sich zwischen beiden Bakterienarten Nanoröhren bildeten, die den Austausch von Nährstoffen ermöglichten. Auffallend war dabei, dass nur das Darmbakterium Escherichia coli solche Strukturen nutzte, um sich mit Acinetobacter baylyi-Zellen zu verbinden.

„Ein wesentlicher Unterschied zwischen diesen beiden Arten ist sicherlich, dass E. coli sich aktiv in Flüssigkeiten fortbewegen kann, während A. baylyi dazu nicht imstande ist. Es könnte deswegen sein, dass E. coli schwimmend seine Partner findet und so identifiziert, mit welcher Zelle es sich über Nanokanäle verbinden möchte,“ meint Christian Kost, Leiter der von der Volkwagen-Stiftung geförderten Forschungsgruppe Experimentelle Ökologie und Evolution.

„Ein Mangel an Aminosäuren löst die Bildung der Nanokanäle aus. Schalten wir ein Gen aus, welches für die Bildung einer bestimmten Aminosäure notwendig ist, verbinden sich die so genetisch veränderten Bakterien mit anderen Zellen, um ihren Nährstoffmangel zu kompensieren. Geben wir aber die benötigte Aminosäure zum Wachstumsmedium dazu, werden keine Nanokanäle produziert. Die Ausbildung dieser Strukturen hängt also davon ab, wie „hungrig“ eine Zelle ist“, fasst der Wissenschaftler die Ergebnisse zusammen.

In Bakteriengemeinschaften ist es für einzelne Arten von großem Vorteil, sich auf bestimmte biochemische Prozesse zu spezialisieren und andere Arbeiten sozusagen auszulagern: Das spart Ressourcen und steigert Effizienz und Wachstum. Ob Nanokanäle nur dem hierzu notwendigen wechselseitigen Austausch von Nährstoffen dienen, oder ob einzelne Bakterienarten andere Bakterien auch parasitisch anzapfen und aussaugen, müssen weitere Untersuchungen klären. Auch ist bislang noch unklar, ob Bakterien gezielt steuern können, an welche Zelle sie sich anheften. Immerhin ist eine solche Röhrenverbindung auch potenziell riskant, denn der Partner auf der anderen Seite könnte der Nanokanal-bildenden Zelle auch schaden.

„Die spannendste Frage bleibt für mich, ob es sich bei Bakterien tatsächlich um einzellige, relativ einfach strukturierte Organismen handelt, oder ob wir es mit einer anderen Form der Vielzelligkeit zu tun haben. Bakterien könnten beispielsweise ihre Komplexität dadurch steigern, dass sie sich mit anderen Bakterien verbinden und so ihre Fähigkeiten kombinieren“, sagt Christian Kost. Seine Arbeitsgruppe widmet sich der zentralen Frage, warum Lebewesen miteinander kooperieren. Bakterielle Lebensgemeinschaften als experimentelle Modellsysteme sollen dabei helfen zu verstehen, warum sich bei den meisten Lebewesen im Laufe der Evolution ein kooperativer Lebensstil durchgesetzt hat. [AO/CK/HR]

Originalveröffentlichung:
Pande, S., Shitut, S., Freund, L., Westermann, M., Bertels, F., Colesie, C., Bischofs, I. B., Kost, C. (2015. Metabolic cross-feeding via intercellular nanotubes among bacteria. Nature Communications, DOI 10.1038/ncomms7238.
http://dx.doi.org/10.1038/ncomms7238

Weitere Informationen:
Dr. Christian Kost, Forschungsgruppe Experimentelle Ökologie und Evolution, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Straße 8, 07745 Jena, Tel. +49 (0)3641 57 1212, E-Mail ckost@ice.mpg.de

Kontakt und Bildanfragen
Angela Overmeyer M.A., Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Str. 8, 07743 Jena, +49 3641 57-2110, E-Mail overmeyer@ice.mpg.de

Download von hochaufgelösten Fotos über http://www.ice.mpg.de/ext/735.html

Weitere Informationen:

http://www.ice.mpg.de/ext/633.html (Forschungsgruppe Experimentelle Ökologie und Evolution)

Angela Overmeyer | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Salmonellen als Medikament gegen Tumore
23.10.2017 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

nachricht Add-ons: Was Computerprogramme und Proteine gemeinsam haben
23.10.2017 | Universität Regensburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie