In Regeln und Strategien der bakteriellen Kriegsführung eintauchen
Die Welt der Bakterien steckt voller Aggressionen. Viele Bakterien haben eine Reihe von Waffen entwickelt, um andere Stämme anzugreifen. Da kommen zum Beispiel vergiftete molekulare Speere zum Einsatz, um sich gegenseitig zu erstechen, sie setzen Toxine frei, um ihre Feinde zu vergiften, und in einigen Fällen von Kamikaze begehen Zellen sogar Selbstmord, um einen Angriff zu starten. „Ein Schwerpunkt unserer Forschung ist die Frage, warum diese Systeme so häufig mitgeführt werden und warum sie den Bakterien Vorteile in Bezug auf Überleben und Fortpflanzung bieten“, erklärt Kevin Foster, Lehrstuhlinhaber für Mikrobiologie an der Sir Willliam Dunn School of Pathology der Universität Oxford. „Wir fanden heraus, dass Bakterien oft territorial agieren und es sich lohnen kann, heftig um ihr Territorium zu kämpfen“, erläutert er. Das Studium dieser Waffen ist nicht nur aus evolutionärer Sicht faszinierend, sondern könnte auch beeinflussen, wie wir Konkurrenz und Kriegsführung unter Bakterien als neuen Weg zur Behandlung von Krankheiten nutzen können. Das Team des EU-finanzierten Projekts MicroWars begab sich auf dieses bakterielle Schlachtfeld, um zu erkunden, ob diese molekularen Waffen und Strategien zur Bekämpfung von tödliche Krankheiten verursachenden Bakterien dienen könnten. „Um zu verstehen, wie dies geschehen könnte, müssen wir zuerst verstehen, wie die Waffen in der Praxis funktionieren und wann sie am wirkungsvollsten sind“, merkt Foster an.
Bakterielle Kriegsführung modellieren
Da das Verhalten von Bakterien mit bloßem Auge nur schwer zu erkennen ist, müssen die Forschenden Hilfsmittel entwickeln, um zu erkunden, was sie wann tun. Im Rahmen von MicroWars brachte das Team die Bakterien mittels Gentechnik zum Leuchten, wenn sie eine ihrer Waffen einsetzten. Auf diese Art konnten sie sehen, wann und wie sie ihre Kämpfe ausfochten. Mithilfe mathematischer und computergestützter Modellierung konnten dann natürliche Verhaltensweisen neben Alternativen bewertet werden, um zu erkennen, warum sie mit den von ihnen gewählten Methoden kämpfen. „Ein auffälliges bakterielles Verhalten, das wir untersucht haben, ist das Prinzip der Erwiderung, nach dem ein Stamm nur angreift, wenn er zuerst angegriffen wird“, berichtet Foster. Sie erforschten den Einsatz einer vergifteten molekularen Harpune beim Krankheitserreger Pseudomonas aeruginosa und stellten fest, dass Hinhalten eine wirksame Strategie sein kann, wenn Bakterien einen Treffer verkraften und härter zurückschlagen können.
Neue Perspektiven der Bakterienbekämpfung
„Ich glaube, das Erstaunlichste, was wir über bakterielle Kriegsführung gelernt haben, ist, wie plastisch und reaktionsschnell Bakterien sind, wenn sie kämpfen“, sagt Foster. Sie verfügen über viele Möglichkeiten, eintretende Angriffe zu erkennen und darauf zu reagieren, und das auf eine Art und Weise, die für ihren evolutionären und ökologischen Erfolg strategisch sinnvoll ist. Eine Haupterkenntnisse war ein besseres Verständnis dafür, warum manche Bakterien derart stark bewaffnet sind: Das Territorium ist von entscheidender Wichtigkeit und der Platz ist knapp bemessen. Die Bakterien haben sowohl Lang- als auch Kurzstreckenwaffen entwickelt, um sich diesen Raum zu erkämpfen, und können sowohl als Individuen als auch in Kollektiven zum Kampf antreten. „Das verschafft ihnen viel mehr Kampfmöglichkeiten als vielen Tieren, die normalerweise allein kämpfen“, stellt Foster fest.
Schlachtfeldtaktiken zur Darmpathogen-Bekämpfung entwickeln
Nachdem das Team bereits viele der Regeln des bakteriellen Kampfes erforscht hat, wird nun versucht, Stämme zu entwickeln, die zur Beseitigung von Krankheitserregern im Darm und zum Schutz vor ihnen dienen können. Die Forschenden lernten bereits, dass ein eingeführter Stamm über eine eigene Nährstoffquelle verfügen und eine ausreichend starke Waffe mit sich führen muss. „Wir konnten nachweisen, dass es im Labor funktioniert, und versuchen nun, Dinge dieser Art für den tatsächlichen Einsatz in der Klinik zu entwickeln“, teilt Foster mit.
