Neue mikrobielle Forschungen an der Universität Kopenhagen deuten darauf hin, dass das “Überleben der Freundlichsten” das “Überleben der Stärksten” für Bakteriengruppen überwiegt.
Bakterien schaffen Platz füreinander und opfern Eigenschaften, wenn sie der gesamten Bakteriengemeinschaft zugute kommen.
Die Entdeckung ist ein wichtiger Schritt zum Verständnis komplexer Bakterieninteraktionen und zur Entwicklung neuer Behandlungsmodelle für eine Vielzahl von Krankheiten des Menschen und neuer nachhaltiger Technologien.
Seit einigen Jahren untersuchen die Forscher, wie sich Kombinationen von Bakterien auf engstem Raum verhalten. Nach der Untersuchung vieler tausend Kombinationen ist klar geworden, dass Bakterien zusammenarbeiten, um zu überleben, und dass diese Ergebnisse im Widerspruch zu dem stehen, was Darwin in seinen Evolutionstheorien sagte.
“In der klassischen darwinistischen Denkweise ist Wettbewerb der Name des Spiels. Die am besten geeigneten überleben und übertreffen die weniger gut geeigneten. Wenn es jedoch um Mikroorganismen wie Bakterien geht, zeigen unsere Ergebnisse, dass die kooperativsten überleben”, erklärt der Mikrobiologe des Biologischen Instituts, Professor Søren Johannes Sørensen.
Bakterien arbeiten Schulter an Schulter wie am Fließband.
Durch die Isolierung von Bakterien aus einer kleinen Maishülle (wo sie gezwungen waren, um den Weltraum zu “kämpfen”) konnten die Wissenschaftler untersuchen, inwieweit Bakterien konkurrieren oder zusammenarbeiten, um zu überleben.
Die Bakterienstämme wurden nach ihrer Fähigkeit, zusammenzuwachsen, ausgewählt. Die Forscher maßen den bakteriellen Biofilm, eine schleimige Schutzschicht, die Bakterien vor äußeren Bedrohungen wie Antibiotika oder Raubtieren schützt. Wenn Bakterien gesund sind, produzieren sie mehr Biofilm und werden stärker und widerstandsfähiger.
Immer wieder beobachteten die Forscher das gleiche Ergebnis: Anstatt den Stärksten, der die anderen in der Biofilmproduktion übertrifft, wurde den Schwächsten der Raum überlassen, so dass die Schwachen viel besser wachsen konnten, als sie es allein getan hätten. Gleichzeitig konnten die Forscher sehen, dass die Bakterien mühsame Aufgaben aufteilen, indem sie unnötige Mechanismen abschalten und mit ihren Nachbarn teilen.
“Es kann gut sein, dass Henry Ford dachte, dass er bei der Einführung des Fließbandes und der Spezialisierung der Arbeiter etwas Brillantes gefunden hätte, aber Bakterien nutzen diese Strategie seit einer Milliarde Jahren”, sagt Søren Johannes Sørensen unter Bezugnahme auf die ältesten bekannten Bakterienfossilien mit Biofilm. Er fügt hinzu:
“Unsere neue Studie zeigt, dass sich Bakterien strukturiert organisieren, die Arbeit verteilen und sich sogar gegenseitig helfen. Das bedeutet, dass wir herausfinden können, welche Bakterien kooperieren und möglicherweise welche voneinander abhängig sind, indem wir uns ansehen, wer neben wem sitzt.”
Vrstehen der unsichtbaren bakteriellen Synergie
Die Forscher untersuchten auch, welche Eigenschaften Bakterien hatten, wenn sie allein waren, im Vergleich zu anderen Bakterien. Menschen diskutieren oft über den Arbeitsplatz oder Gruppensynergien und wie sich Menschen gegenseitig inspirieren. Bakterien gehen einen Schritt weiter, wenn sie in kleinen Gemeinschaften überleben.
“Bakterien bringen unser Verständnis von Gruppensynergie und Inspiration auf eine ganz andere Ebene. Sie induzieren in ihren Nachbarn Attribute, die sonst inaktiv bleiben würden. Auf diese Weise können Gruppen von Bakterien Eigenschaften ausdrücken, die allein nicht möglich sind. Wenn sie zusammen sind, können plötzlich völlig neue Funktionen entstehen”, erklärt Søren Johannes Sørensen.
Biobasierte Kooperation
Das Verständnis der Interaktion von Bakterien in Gruppen hat das Potenzial, einen ganz neuen Bereich in der Biotechnologie zu erschließen, der traditionell darauf abzielt, einzelne, isolierte Stämme einzeln zu nutzen.
“Die biobasierte Gesellschaft wird derzeit als Lösung angepriesen, um viele der Herausforderungen, denen sich unsere Gesellschaften gegenübersehen, zu modellieren. Die überwiegende Mehrheit der heutigen Biotechnologie basiert jedoch auf Einzelorganismen. Dies steht im krassen Gegensatz zu dem, was in der Natur passiert, wo alle Prozesse von kooperativen Konsortien von Organismen gesteuert werden. Wir müssen von der Natur lernen und Lösungen finden, um das große Potenzial der Biotechnologie in der Zukunft zu erschließen”, so Søren Johannes Sørensen.