Biologie: Bakterien opfern sich für die Kolonie

HEIDELBERG. Eine besondere Form von Altruismus unter Mikroben haben Wissenschaftler des Howard Hughes Medical Institute in Boston nachgewiesen. Die Mikrobiologen entdeckten, dass eine Bakteriengruppe immer resistenter ist als ihre einzelnen Mitglieder, weil Einzelkeime ihre Nachbarn mit einem Signalmolekül auf steigende Antibiotikakonzentrationen vorbereiten – obwohl ihnen dieses Verhalten selbst schadet.

Im Experiment hatten die Forscher eine Population von Escherichia-coli-Bakterien über zehn Tage hinweg mit steigenden Dosen der wachstumshemmenden Antibiotika Norfloxacin oder Gentamycin traktiert. Dabei verglichen sie täglich, ab welcher Konzentration die gesamte Gruppe sowie einzelne Bakterien der Kolonie ihr Wachstum einstellten. Wie erwartet zeigte sich die Kolonie nach und nach zunehmend unbeeindruckt von dem Wachstumshemmer - überraschenderweise aber erwiesen sich dabei einzelne Bakterien meist als etwas weniger resistent als die gesamte Gemeinschaft.

Dies resultierte daraus, dass einige wenige, dafür aber besonders resistente Keime beim Kontakt mit den Antibiotika das kleine Signalmolekül Indol ausschütten, ermittelten die Forscher. Das ist ungewöhnlich, weil Bakterien die Produktion von Indol in der Gegenwart von Wachstumshemmern normalerweise sofort einstellen, nachdem es für ihr Überleben weniger essenziell ist.

In der Kolonie kurbelt Indol nun aber kollektiv Abwehrmaßnahmen der Keime gegen Norfloxacin an: Nehmen Bakterien das Signal wahr, so schalten sie Pumpen ein, die Fremdchemikalien aus der Zelle hinausbefördern, und aktivieren zudem Mechanismen, die oxidative Stressschäden verhindern.

Die Forscher fragen sich nun, warum die wenigen Indolproduzenten sich die energieaufwändige Produktion des Signalmoleküls leisten, um ihre Artgenossen zu schützen. Offenbar lohne es sich auch für Bakterien auf lange Sicht, die Gemeinschaft zu schützen und gemeinschaftlich zu agieren.

Kollektives Handeln von Bakterien beobachtet man etwa auch bei Prozessen wie dem abgestimmt aufgeteilten Stoffwechsel innerhalb von Biofilmen. Offenbar sorgen hier Evolutionsprozesse dafür, dass sich gelegentlicher Altruismus Einzelner für die Art insgesamt lohnt.