Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Loopings der Bakterien: Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen analysiert Fortbewegung

24.02.2020

Das magnetotaktische Bakterium Magnetococcus marinus schwimmt mit Hilfe von zwei Bündeln von Geißeln. Außerdem besitzen die Bakterienzellen eine Art intrazelluläre Kompassnadel und können daher mit einem Magnetfeld gesteuert werden. Sie werden deshalb als biologisches Modell für Mikroroboter benutzt. Ein internationales Team der Universität Göttingen, des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam und der CEA Cadarache (Frankreich) hat nun aufgeklärt, wie sich diese Bakterien bewegen und deren Schwimmgeschwindigkeit bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift eLife erschienen.

Die Forscherinnen und Forscher nutzten eine Kombination von neuen experimentellen Methoden und Computersimulationen: Sie verfolgten die Bewegung der „Mikroschwimmer“ mit Hilfe von dreidimensionaler Mikroskopie und analysierten sie mit einer sehr hochfrequenten Dunkelfeld-Bildgebung.


Computersimulation des Göttinger Teams: ein schwimmendes Bakterium mit nach vorn und nach hinten gerichteten Geißeln.

Foto: Sarah Mohammadinejed, Univ. Göttingen


Dr. Sarah Mohammadinejad und Prof. Dr. Stefan Klumpp aus Göttingen haben die Simulationen durchgeführt.

Foto: Vitali Telezki, Univ. Göttingen

Ein Team der Universität Göttingen ergänzte die Arbeiten mit Simulationen, um herauszufinden, welcher Antriebsmechanismus bei den Bakterien für die beobachteten Schwimmbahnen verantwortlich ist.

Das Ergebnis ist erstaunlich: Die beiden Geißelbündel, die nahe beieinander auf dem Zellkörper verankert sind, zeigen beim Schwimmen in entgegengesetzte Richtung. Dadurch wird die Bakterienzelle von einem Bündel gezogen und vom anderen geschoben. Diese Art des Antriebs wurde noch bei keinem anderen Mikroorganismus beobachtet.

Die daraus resultierenden Schwimmbahnen beschreiben doppelte oder sogar dreifache Spiralen. Das Bakterium macht gewissermaßen Loopings. Die tatsächliche Geschwindigkeit ist noch größer als angenommen, da die Spiralen die zurückgelegte Strecke erheblich vergrößern.

Die reale Geschwindigkeit liegt im Bereich von 400 bis 500 Mikrometer (millionstel Meter) pro Sekunde. Die Bakterien, die ungefähr 1 Mikrometer groß sind, bewegen sich also über 500 Körperlängen pro Sekunde. Zum Vergleich: Olympische Schwimmer schaffen nur eine Körperlänge pro Sekunde.

Doch was ist der Zweck dieser ungewöhnlichen Schwimmweise? „Wir nehmen an, dass diese Art des Spiralschwimmens in einer sedimentären Umgebung voller Hindernisse, die durch Schleifen umgangen werden können, von Vorteil ist“, sagt Prof. Dr. Stefan Klumpp vom Institut für Dynamik komplexer Systeme der Universität Göttingen.

„Diese Besonderheit könnte auch in der medizinischen Mikrorobotik ausgenutzt werden, um sich im Blut von Patienten zu bewegen und zum Beispiel schnell einen Tumor zu erreichen.“

Tatsächlich bewegen sich diese Bakterien von sich aus in anaerobe Umgebungen hinein. Sie können daher Chemotherapeutika direkt in die Nähe eines Tumors bringen, der ebenfalls in einer sauerstoffarmen Umgebung liegt.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Stefan Klumpp
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik – Institut für Dynamik komplexer Systeme
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen
Telefon: 0551 39-26942
E-Mail: stefan.klumpp@phys.uni-goettingen.de

www.uni-goettingen.de/theoretische_biophysik

Originalpublikation:

K. Bente, S. Mohammadinejad, et al. High-speed motility originates from cooperatively pushing and pulling flagella bundles in bilophotrichous bacteria. eLife (2020). https://doi.org/10.7554/eLife.47551

Thomas Richter | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-goettingen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Hannoveraner Physiker entwickelt neue Photonenquelle für abhörsichere Kommunikation
30.03.2020 | Leibniz Universität Hannover

nachricht Stabile Blasen und ein Wasserläufer bewahren Stahl vor Erosion
30.03.2020 | Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Hannoveraner Physiker entwickelt neue Photonenquelle für abhörsichere Kommunikation

Ein internationales Team unter Beteiligung von Prof. Dr. Michael Kues vom Exzellenzcluster PhoenixD der Leibniz Universität Hannover hat eine neue Methode zur Erzeugung quantenverschränkter Photonen in einem zuvor nicht zugänglichen Spektralbereich des Lichts entwickelt. Die Entdeckung kann die Verschlüsselung von satellitengestützter Kommunikation künftig viel sicherer machen.

Ein 15-köpfiges Forscherteam aus Großbritannien, Deutschland und Japan hat eine neue Methode zur Erzeugung und zum Nachweis quantenverstärkter Photonen bei...

Im Focus: Physicist from Hannover Develops New Photon Source for Tap-proof Communication

An international team with the participation of Prof. Dr. Michael Kues from the Cluster of Excellence PhoenixD at Leibniz University Hannover has developed a new method for generating quantum-entangled photons in a spectral range of light that was previously inaccessible. The discovery can make the encryption of satellite-based communications much more secure in the future.

A 15-member research team from the UK, Germany and Japan has developed a new method for generating and detecting quantum-entangled photons at a wavelength of...

Im Focus: Nachwuchswissenschaftler der Universität Rostock erfinden einen Trichter für Lichtteilchen

Physiker der Arbeitsgruppe von Professor Alexander Szameit an der Universität Rostock ist es in Zusammenarbeit mit Kollegen von der Universität Würzburg gelungen, einen „Trichter für Licht“ zu entwickeln, der bisher nicht geahnte Möglichkeiten zur Entwicklung von hypersensiblen Sensoren und neuen Technologien in der Informations- und Kommunikationstechnologie eröffnet. Die Forschungsergebnisse wurden jüngst im renommierten Fachblatt Science veröffentlicht.

Der Rostocker Physikprofessor Alexander Szameit befasst sich seit seinem Studium mit den quantenoptischen Eigenschaften von Licht und seiner Wechselwirkung mit...

Im Focus: Junior scientists at the University of Rostock invent a funnel for light

Together with their colleagues from the University of Würzburg, physicists from the group of Professor Alexander Szameit at the University of Rostock have devised a “funnel” for photons. Their discovery was recently published in the renowned journal Science and holds great promise for novel ultra-sensitive detectors as well as innovative applications in telecommunications and information processing.

The quantum-optical properties of light and its interaction with matter has fascinated the Rostock professor Alexander Szameit since College.

Im Focus: Künstliche Intelligenz findet das optimale Werkstoffrezept

Die möglichen Eigenschaften nanostrukturierter Schichten sind zahllos – wie aber ohne langes Experimentieren die optimale finden? Ein Team der Materialforschung der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat eine Abkürzung ausprobiert: Mit einem Machine-Learning-Algorithmus konnten die Forscher die strukturellen Eigenschaften einer solchen Schicht zuverlässig vorhersagen. Sie berichten in der neuen Fachzeitschrift „Communications Materials“ vom 26. März 2020.

Porös oder dicht, Säulen oder Fasern

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Europäischer Rheumatologenkongress EULAR 2020 wird zum Online-Kongress

30.03.2020 | Veranstaltungen

“4th Hybrid Materials and Structures 2020” findet web-basiert statt

26.03.2020 | Veranstaltungen

Wichtigste internationale Konferenz zu Learning Analytics findet statt – komplett online

23.03.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Europäischer Rheumatologenkongress EULAR 2020 wird zum Online-Kongress

30.03.2020 | Veranstaltungsnachrichten

Wo bleibt das Plastik im Ozean?

30.03.2020 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Hannoveraner Physiker entwickelt neue Photonenquelle für abhörsichere Kommunikation

30.03.2020 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics