Kombination von Schwimmarten

Zielgerichtete Navigation von Bakterien

Bakterien müssen Nahrung finden oder vor Giftstoffen fliehen, um zu überleben. Dazu ist eine zielgerichtete Navigation nötig. Forscher der Universität Potsdam konnten in ihren Untersuchungen feststellen, wie effektiv manche Bakterien für diesen Prozess unterschiedliche Schwimmmodi nutzen.

Schematische Darstellung eines Bakteriums mit Flagellen

Schematische Darstellung eines Bakteriums mit Flagellen, das sich auf zwei verschiedene Arten (push bzw. wrap) in Richtung eines Lockstoffes bewegt. | Abbildung: Dr. Robert Großmann

Wenn sich Organismen als Reaktion auf Konzentrationsunterschiede in chemischen Substanzen zielgerichtet bewegen, nennt man diese Fähigkeit Chemotaxis. Die Arbeitsgruppe Biologische Physik an der Universität Potsdam hat unter Leitung von Professor Carsten Beta neuartige Navigationsstrategien von Bakterien erforscht.

Fortbewegung mithilfe von Flagellen

Die Ergebnisse helfen z. B. dabei zu verstehen, wie sich Infektionskrankheiten verbreiten. Die Forscher fanden heraus, dass Bakterien zur effizienten Fortbewegung unterschiedliche Schwimmarten nutzen. Schwimmende Bakterien bewegen sich mithilfe rotierender Geißeln, der sogenannten Flagellen, aktiv vorwärts. Sie können ins Taumeln geraten, wenn die Flagellen in unterschiedliche Richtungen rotieren. Kolibakterien regulieren beispielsweise die Häufigkeit des Taumelns, um zu ihrer Nahrung zu navigieren.

Je nach Anordnung der Flagellen nutzen andere Bakterien mehrere Fortbewegungsarten, wie die Forscher aus Potsdam beobachten konnten. Die Wissenschaftler wollten untersuchen, inwieweit sich die Fortbewegungsarten auf die Dynamik der Futtersuche von Bakterien auswirken.

Nicht nur Geschwindigkeit unterschiedlich

Als Modellorganismus verwendeten sie das Bodenbakterium Pseudomonas putida. Sie entwarfen und konstruierten ein spezielles Mikroskopieverfahren, um abwechselnd Sequenzen von Phasenkontrast und Fluoreszenzbildern von Bakterien aufnehmen zu können.

Die Forscher lieferten Hinweise darauf, dass die Fortbewegungsarten nicht nur in ihren Bewegungsmerkmalen wie beispielsweise der Geschwindigkeit, sondern auch in ihrer Reaktion auf das Konzentrationsgefälle in den Substanzen unterschiedlich sind.

Wassertropfen auf einem Lotusblatt

Plaque auf den Zähnen oder der bräunlich-zähe Schleim in Abflussrohren sind zwei bekannte Beispiele für bakterielle Biofilme. Solche Beläge von den Oberflächen zu entfernen, ist oft sehr schwierig, unter anderem weil sie sehr stark wasserabweisende Eigenschaften haben können.

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Neue Forschungsansätze

Ihre Forschungsergebnisse tragen dazu bei, den komplexen Prozess der Chemotaxis-Strategien schwimmender Bakterien besser zu verstehen. An diesen Punkt können weitere experimentelle Studien anknüpfen. Darüber hinaus lassen sich die Erkenntnisse über die Suchstrategien für das Design von künstlichen Mikroschwimmern oder von autonomen Robotern nutzen.

 

Literatur:

Z. Alirezaeizanjani, R. Großmann, V. Pfeifer, M. Hintsche, C. Beta: Chemotaxis strategies of bacteria with multiple run modes. Sci. Adv. 6 eaaz6153 (2020), DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz6153.

 

Quelle: Universität Potsdam