Ansatz der sozialen Evolution zur Bekämpfung bakterieller Infektionen
Die Art und Weise, wie verschiedene Arten zusammenarbeiten, um zu überleben, ist seit langem ein Lieblingsthema in der Evolutionsbiologie. Erdmännchen zum Beispiel halten abwechselnd Ausschau nach Raubtieren und kümmern sich gegenseitig um ihre Jungen. „Eine kooperative Handlung stellt ein Kosten-Nutzen-Verhältnis dar“, erklärt SESE-Projektkoordinatorin Ashleigh Griffin von der Universität Oxford(öffnet in neuem Fenster) im Vereinigten Königreich. „In der Tierwelt können wir nachvollziehen, warum ein Organismus eine Handlung ausführt, die ihm nicht direkt nützt. Es ist jedoch weitaus schwieriger, sich Bakterien vorzustellen, die sich auf diese Weise verhalten.“ Dennoch erfolgt ein solches kooperatives Verhalten auf molekularer Ebene – es ist nur schwieriger zu analysieren. Bakterien widerstehen zum Beispiel Antibiotika wie Penicillin, indem sie Enzyme produzieren. „Wenn einige Zellen Enzyme zur Entgiftung der Atmosphäre freisetzen, könnten andere dies ausnutzen und sich anders verhalten“, bemerkt Griffin. „Diese Art zellulären Verhaltens kann Einfluss auf das Fortschreiten einer Infektion nehmen.“
Soziale Evolution und Bakterien
Ziel von Griffins Projekt SESE, das vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) finanziert wird, war es, dieses Modell der sozialen Evolution anzuwenden, um das Bakterienverhalten im Körper besser nachzuempfinden. Griffin arbeitete mit einer Fachgruppe für klinische Mikrobiologie zusammen, um herauszufinden, was wirklich vor sich ging. Bei einer Gruppe aus rund 50 Patientinnen und Patienten wurden über einen Zeitraum von 10 Jahren Bakterienproben entnommen. Auf diese Weise konnte Griffin beleuchten, wie sich das Verhalten von Bakterien im Laufe der Zeit verändert. „Mich interessierte außerdem, ob unser Verständnis der sozialen Dynamik für die Entwicklung neuer Strategien gegen Infektionen nützlich sein könnte“, stellt Griffin fest. „Die Idee besteht darin, einen Bakterienstamm zu verwenden, der nicht zur Ausscheidung nützlicher Verbindungen beiträgt – ein „Schummelmolekül“, wenn Sie so wollen – und diesen gentechnisch so zu verändern, dass er medizinisch wertvolle Eigenschaften trägt.“
Evolutionsbiologie auf Bakterien anwenden
Griffin konnte einige Erkenntnisse über das Sozialverhalten von Bakterien bei Langzeitinfektionen gewinnen und evolutionäre Mechanismen bestimmen, die diese Dynamik begünstigen. „Die wichtigste Erkenntnis dabei ist, dass solche Ergebnisse nur möglich sind, wenn wir die Evolutionsbiologie in die Mikrobiologie einbeziehen“, fügt Griffin hinzu. „Mikrobiologie findet heute in der Regel im Labor statt, wobei die Bakterien aus ihrer Umgebung isoliert werden.“ Griffin verwendet die Analogie einer Giraffe, die von einer Gruppe außerirdischer biologischer Fachleute heraufgebeamt wird, die das Leben auf der Erde verstehen wollen, indem sie Arten in Isolation untersuchen. „Für sie würde eine Giraffe mit ihrem langen Hals keinen Sinn ergeben“, sagt sie. „Sie müssten das Tier in der Serengeti sehen, wie es Blätter von den Bäumen frisst.“ Nur wenn man sie in ihrer Umgebung sieht, ergibt eine Giraffe einen Sinn. Dasselbe gilt für Bakterien, die – genau wie Tiere – sich durch Anpassung auszeichnen. Der wichtigste Beitrag des Projekts SESE bestand darin, diese neue Denkweise zu fördern.
Neue Möglichkeiten der Infektionsbekämpfung
Über die Grundlagenforschung hinaus hat das Projekt SESE zudem potenzielle neue klinische Anwendungen erschlossen. Das Verständnis des Verhaltens von Bakterien könnte der Wissenschaft eines Tages helfen, Infektionen besser zu kontrollieren. „Die Idee, bestimmte Bakterienzellen gentechnisch so zu verändern, dass sie weniger resistent gegen Antibiotika werden, könnte eine Strategie bieten“, so Griffin. „Damit müssten wir uns nicht mehr auf die Herstellung weiterer Arzneimittel verlassen. Dies ist ein möglicher Weg, der aber bei weitem noch nicht bis zum Ende gegangen ist.“
