Forscher der University of California in San Diego haben entdeckt, dass sterbende Bakterien-Gemeinschaften – sogenannte Biofilme – einzelne Zellen wie Rettungskapseln ausstoßen, um ihnen das Überleben an anderen Orten zu ermöglichen. Der bizarre Mechanismus ähnelt Science-Fiction-Szenarien, in denen aus einem beschädigten Raumschiff eine kleine Kapsel ins All geschleudert wird. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „Nature Microbiology“ veröffentlicht und könnten neue Ansätze im Kampf gegen schädliche Bakterien liefern, ohne auf Antibiotika zurückzugreifen.
Biofilme setzen auf bewegliche Zellen
Biofilme sind an Oberflächen haftende Gemeinschaften von Mikroorganismen, die von einer selbst gebildeten Schleimschicht umgeben sind. Sie kommen in aquatischen Umgebungen vor, von Seefelsen bis zu Rohrleitungen, aber auch im menschlichen Körper – etwa als Zahnbelag, der Karies und Parodontitis fördert, oder an Herzklappen und in Nasennebenhöhlen, wo sie schwere Entzündungen verursachen können. Im Gegensatz zu frei lebenden Bakterien sind Biofilme deutlich widerstandsfähiger: Die schützende Schleimschicht aus Zuckern und Proteinen macht sie unempfindlicher gegen Antibiotika und das Immunsystem.
Wenn ein Biofilm mit Nährstoffmangel oder anderen Bedrohungen konfrontiert wird, setzt er auf eine raffinierte Überlebensstrategie. „Der Biofilm spürt, dass er in Schwierigkeiten ist, und schießt Zellen wie eine Rettungskapsel aus der Gemeinschaft heraus“, erklärt Professor Gürol Süel, Molekularbiologe an der University of California in San Diego. Diese Zellen schwimmen davon und können einen neuen Standort besiedeln. Ein ähnliches Verhalten war bisher nur von Meerestieren wie Quallen bekannt, die ihre Nesselfäden unter extremem Druck herausschleudern.
Hydrogel als treibende Kraft
Das Team um Süel nutzte hochauflösende Bildgebung, um Bacillus-subtilis-Biofilme auf Einzelzell-Ebene zu untersuchen. Bacillus subtilis, auch Heubazillen genannt, sind weit verbreitet und kommen im Boden sowie im menschlichen Magen-Darm-Trakt vor. Mithilfe mathematischer Modellierungen rekonstruierten die Forscher die physikalischen Abläufe des Ausstoßprozesses.
Die mechanischen Kräfte stammen demnach von einem Netzwerk aus außerhalb der Zellen angereicherten Polymeren, der Poly-γ-Glutaminsäure (y-PGA), die ein Hydrogel bildet. Dieses Hydrogel kann das Tausendfache seines Gewichts an Wasser aufnehmen. Beim Aufquellen entsteht ein enormer Druck, der innere, bewegliche Zellen durch die äußeren Schichten des Biofilms ins Freie presst.
„Ein von y-PGA ausgelöster, kraftvoller Ausstoß wurde bisher nur bei marinen Organismen beschrieben“, so Süel. Quallen nutzen ähnlichen Druck, um ihre Nesselfäden herauszuschnellen. Die Forscher hoffen, dass die Erkenntnisse dazu beitragen könnten, schädliche Biofilme gezielt aufzubrechen – etwa durch eine Überproduktion von Hydrogel, ohne Antibiotika oder giftige Chemikalien einzusetzen.
Potenzial für neue Behandlungsansätze
Die Entdeckung eröffnet neue Perspektiven im Kampf gegen hartnäckige bakterielle Infektionen. Biofilme sind oft resistent gegen Antibiotika, da die Schleimschicht das Eindringen der Wirkstoffe erschwert. Ein Ansatz, der auf die mechanische Zerstörung des Biofilms abzielt, könnte eine Alternative darstellen. Allerdings betonen die Forscher, dass weitere Studien nötig sind, um die genauen Mechanismen zu verstehen und mögliche Anwendungen zu entwickeln.
Die Studie zeigt einmal mehr, wie kreativ die Natur Überlebensstrategien hervorbringt. Was wie ein Science-Fiction-Plot klingt, ist bei Bakterien Realität – und könnte bald die Medizin bereichern.
