Volksz?hlung bei Bakterien

Bacillus subtilis kann Gruppenanteile in gemischten Populationen ermitteln

Man wei? bereits seit l?ngerem, dass Bakterien ihre Zahl in der Umgebung ermitteln k?nnen. Dazu scheiden sie Signalmoleküle aus, die sich mit zunehmender Zellzahl anreichern. Deren Menge kann eine Verhaltens?nderung ausl?sen, wenn eine bestimmte Gruppenst?rke erreicht ist. Ein Forscherteam des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie in Marburg und der Universit?t Heidelberg konnte nun zeigen, dass Bakterien darüber hinaus den Mengenanteil verschiedener Gruppen in ihrer Umgebung wahrnehmen k?nnen.

Bakterien k?nnen die Gesamtzahl einer Population ermitteln (Quorum Sensing; links). über ein sogenanntes "Pumpsonden-System" kann Bacillus subtilis die Mengenanteile verschiedener Gruppen bestimmen (rechts). D Systeme sind bei grampositiven Bakterien weit verbreitet, aber auch bei Viren und mobilen genetischen Elementen.

In der Natur leben Mikroben oft in ?u?erst komplexen Lebensgemeinschaften, umgeben von anderen Zellen, die sich sogar innerhalb einer Art voneinander unterscheiden k?nnen. Die Leiterin der Studie, Ilka Bischofs, beschreibt es folgenderma?en: ?Stellen Sie sich vor, Sie stehen in einem Ballsaal voller Menschen. Deren reine Anzahl ist für die Suche nach einem Tanzpartner nur bedingt relevant. Erst das Geschlechterverh?ltnis erm?glicht es Ihnen, abzusch?tzen, wie schwer es ist, einen Partner zu finden. Auch Bakterien sammeln Informationen über ihre Umgebung, die ihnen helfen, sich bestm?glich anzupassen. Für ihre Entscheidungsfindung w?ren Informationen über Gruppenverh?ltnisse von gro?em Vorteil.“

Das Forscherteam untersuchte die Informationsgewinnung im Bakterium Bacillus subtilis. Diese Art besitzt eine Vielzahl von baugleichen chemischen Signalsystemen, von denen man bisher dachte, dass sie die Zellzahl messen. Doch k?nnten die Zellen damit noch weitaus mehr Informationen gewinnen.

Die jeweiligen Signalmoleküle werden nur von einem Teil der Zellen produziert, aber von allen Bakterien aufgenommen. Die Zellen konkurrieren daher untereinander um die Signalmoleküle. Je gr??er der Gruppenanteil an Signalproduzenten, desto mehr Signalmoleküle h?ufen sich in den Zellen an, wo sie ausgelesen werden. Wie beim Computer h?ngt die spezifische Funktion eines Gesamtsystems allerdings von seinen Einstellungen ab. Das Forscherteam hat entdeckt, dass das exemplarisch untersuchte Signalsystem in den Bakterien tats?chlich für eine Anteilsmessung richtig konfiguriert ist.

Diese F?higkeit k?nnte dem Bakterium entscheidende Vorteile bringen. Wie die Forschung in den vergangenen Jahren gezeigt hat, spaltet Bacillus subtilis seine Population oftmals in Untergruppen von Zellen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Funktionen auf. ?hnlich wie ein Aktienh?ndler diversifiziert das Bakterium sein Portfolio an Ph?notypen. Das Wissen um die Zusammensetzung eines Portfolios erm?glicht es, passend auf ver?nderte Bedingungen zu reagieren - eine Strategie, die Bakterien im Laufe der Evolution m?glicherweise schon entdeckt haben.

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