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Chemische Kommunikation: Einspruch

Bakterien sind längst nicht die individuellen Einzelgänger, für die sie oft gehalten werden. Im Gegenteil: Per chemischer Kommunikation sprechen sie gemeinsames Verhalten ab. Dabei zeigt die Bakteriensprache universelle Züge - und kann interspezifischen Missverständnisse auslösen.
Nach zähen Verhandlungen fällt schließlich die Entscheidung: einstimmig angenommen. Alle Verhandlungspartner zeigen sich von der gemeinsamen Aufgabe überzeugt und halten sich an die vereinbarte Absprache – erkennbar an einem bläulichen Schimmer.

Ort der erfolgreiche Konferenz: eine Petrischale. Die Teilnehmer: Bakterien der Gattung Vibrio. "Quorum Sensing" nennen Mikrobiologen das Phänomen, dass vermeintlich individuelle Mikroorganismen miteinander kommunizieren und sich kooperativ verhalten können. Bei der marinen Mikrobe Vibrio fischeri, die in Leuchtorganen von Tintenfischen haust, wurde das bakterielle Zwiegespräch zuerst entdeckt: Sobald ihre Population auf eine bestimmte Dichte angewachsen ist, leuchten die Bakterien gemeinsam auf. Der einstimmige Beschluss wirkt also nur, wenn eine bestimmte Mindestanzahl an Teilnehmern – ein Quorum – erreicht wird.

Inzwischen kennen Mikrobiologen auch die Signalmoleküle, mit der die Botschaft übermittelt wird: Die Bakterien geben zwei "Autoinduktoren" ab, AI-1 und AI-2, die wiederum von Rezeptorproteinen auf der Zellmembran ihrer Kollegen gebunden werden. Diese Bindung aktiviert dann bestimmte Gene, die das Aufleuchten auslösen. Doch nicht nur Meeresbewohner zeigen sich mitteilungsfreudig – im menschlichen Darm geht es ebenfalls beredt zu: Mit AI-2 sprechen sich auch die Darmbakterien Escherichia coli untereinander ab. Dabei geben sie AI-2 vor allem in ihrer exponentiellen Phase ab, wenn sie sich besonders schnell teilen. Sie reagieren aber erst auf die Substanz in der stationären Phase, wenn ihre Wachstumskurve abflacht.

Die AI-2-Rezeptoren von Escherichia und Vibrio unterscheiden sich erheblich voneinander, und es werden auch ganz andere Gene aktiviert. Im Darm wird es also nicht bläulich schimmern – allerdings können bestimmte E.-coli-Stämme, die zu üblen Darminfektionen führen, ihr gemeinsames Vorgehen gegen das Immunsystem ihres Wirtes durch Quorum Sensing miteinander absprechen.

Wenn Bakterien völlig unterschiedlicher Arten über einen ähnlichen Wortschatz verfügen, verständigen sie sich damit auch untereinander? Die beiden Molekularbiologinnen Karina Xavier und Bonnie Bassler von der Universität Princeton gingen der Sache nach – und zwar bei E. coli und Vibrio harveyi, einem engen Verwandten von Vibrio fischeri.

Die interspezifische Kommunikation fand tatsächlich statt: V. harveyi produzierte nur noch 18 Prozent des Lichtes, wenn der Keim seine Petrischale mit E. coli teilen musste. Offensichtlich konsumierte das Darmbakterium nicht nur seinen eigenen Autoinduktor, sondern auch den artfremden. Der Leuchtbefehl für V. harveyi wurde entsprechend verdünnt.

Dagegen redete eine E.-coli-Mutante, die mit AI-2 überhaupt nichts anfangen konnte, bei den Gesprächen von V. harveyi auch nicht dazwischen. Eine weitere Mutante, die AI-2 zwar nicht verstand, aber reichlich produzierte, förderte wiederum das gemeinsame Aufleuchten von V. harveyi ungewöhnlich stark. Die Absprachen des leuchtenden Bakteriums wurden also von dem Darmbewohner empfindlich gestört.

Nun geben die beiden Mikrobiologinnen zu, dass V. harveyi zwar in marinen Gemeinschaften mit vielen unterschiedlichen Bakterienarten lebt, aber kaum E. coli zu seinen Nachbarn zählen dürfte. Anders sieht es dagegen mit einem nahen Verwandten aus: Vibrio cholerae, der gefürchtete Cholera-Erreger, teilt durchaus sein Zuhause mit E. coli. Und tatsächlich konnten Xavier und Bassler nachweisen, das E. coli die Aktivität bestimmter V.-cholerae-Gene beeinflusst, die durch Quorum Sensing aktiviert werden.

Demnach könnte unser Darm ein Ort erregter bakterieller Debatten sein, bei denen sich sicherlich das eine oder andere Missverständnis einschleicht. Und vielleicht lässt sich diese babylonische Sprachverwirrung medizinisch nutzen, um unerwünschte Gäste zum Schweigen zu bringen.

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