Bakterien können kollektives Gedächtnis entwickeln

Werden Bakterien durch erh?hte Salzkonzentrationen gestresst, ¨¹berleben sie einen zweiten Salzschock besser als ohne diese ?Vorwarnung?. Doch dieses Training der Einzeller h?lt nicht lange an. Schon nach einer halben Stunde ist die ?berlebensrate nicht mehr von der Vorgeschichte abh?ngig.

Jetzt berichten die zwei Mikrobiologen Roland Mathis und Martin Ackermann vom Wasserforschungsinstitut Eawag und der ETH Z¨¹rich von einer neuen Entdeckung, die sie mit Caulobacter crescentus, einem im Salz- und S¨¹sswasser verbreiteten Bakterium, unter dem Mikroskop gemacht haben.

Werden nicht die einzelnen Zellen, sondern eine ganze Bakteriengruppe beobachtet, scheinen diese Bakterien eine Art kollektives Ged?chtnis zu entwickeln. Die ?berlebensraten in Populationen, die in einer ersten Stressphase vorgewarnt wurden, sind bei erneuten Belastungen auch nach zwei Stunden h?her als in Vergleichspopulationen.

Komplexes Zusammenspiel

Als Ursache f¨¹r dieses Ph?nomen haben die Forscher mit Hilfe eines Computermodels ein komplexes Zusammenspiel von zwei Faktoren identifiziert. Zum einen f¨¹hrt der Salzstress zu einer Synchronisation und Verlangsamung der Zellteilungszyklen. Zum anderen h?ngt die ?berlebenschance davon ab, in welchem Stadium der Zellteilung sich das einzelne Bakterium befindet, wenn die zweite Belastung eintrifft. Durch die Regulierung der Zellteilungszyklen ?ndert sich die Anf?lligkeit der Population ¨¹ber die Zeit. Vorgewarnte Populationen k?nnen zuk¨¹nftige Belastungen besser ¨¹berleben, k?nnen aber unter anderen Umst?nden sogar empfindlicher sein als ihre ungewarnten Artgenossen.

?Wenn wir dieses kollektiven Effekte verstehen, kann das helfen, Bakterienpopulation besser zu kontrollieren?, sagt Martin Ackermann. Bedeutung hat diese Schussfolgerung etwa f¨¹r das Verst?ndnis, wie Krankheitserreger sich gegen Antibiotika wehren oder wie Bakterienkulturen in industriellen Prozessen oder Kl?ranlagen auch unter stark variierenden Bedingungen leistungsf?hig bleiben k?nnen. Denn Bakterien spielen in fast allen bio- und geochemischen Prozessen auf der Erde eine Schl¨¹sselrolle. Je nach Vorgang sind sie aus Sicht der Menschen n¨¹tzlich - zum Beispiel wenn sie Schadstoffe abbauen und N?hrstoffe in Energie umwandeln - oder sch?dlich, vor allem wenn sie f¨¹r Krankheiten verantwortlich sind.

F¨¹r die Forscher ist noch eine weitere Erkenntnis wichtig: ?Wer das Verhalten und das Schicksal von Bakterienpopulationen verstehen will, muss manchmal jede einzelne Zelle analysieren?, sagt Mathis.

Dieser Text basiert auf einer externe Seite Medienmitteilung der Eawag.