Gramfärbung von Streptococcus mutans-Bakterien. (CDC/Public Health Image Library) Die Art und Weise, wie sich orale Bakterien in unserem Mund ansiedeln, ist der Art und Weise, wie wir Menschen uns in unseren Städten niederlassen, nicht unähnlich, wie eine neue Studie herausgefunden hat.
Es gibt einen Grund dafür, dass Bakterien angeblich in „Kolonien“ leben, und je mehr wir darüber erfahren, wie diese winzigen Architekten ihre Gemeinschaften aufbauen, desto vertrauter kommt uns ihr Verhalten vor.
Eine neue Studie, die untersucht, wie sich mehrere einzelne Siedler zu Mikrokolonien entwickeln, hat Wachstumsmuster und Dynamiken gefunden, die unsere eigenen städtischen Neigungen widerspiegeln.
„Wir verfolgen diese ‚Satellitenebene‘-Sicht und verfolgen Hunderte von Bakterien, die sich auf einer Oberfläche verteilen, von ihrer anfänglichen Besiedlung bis zur Biofilmbildung.“ sagt Hyun Koo von der University of Pennsylvania.
„Und was wir sehen, ist, dass die räumlichen und strukturellen Merkmale ihres Wachstums bemerkenswerterweise analog zu dem sind, was wir in der Urbanisierung sehen.“
Genau wie in der Natur leben Bakterien in Ihrem Mund in komplexen Strukturen, die als Biofilme bezeichnet werden. Tatsächlich, 99,9 Prozent der Prokaryoten leben zusammengepfercht mit Millionen anderer Nachbarn in einer dieser Siedlungen.
Biofilme gibt es überall, aber wenn sie sich auf Ihren Zähnen befinden, bezeichnen wir sie als Plaque. Diese dichte und klebrige Ablagerung ist schwer zu entfernen und schützt so die ansässigen Mikroben vor Umwelteinflüssen wie Zahnpasta, Zahnseide oder sogar Antibiotika.
Es entsteht, wenn sich mehrere einzelne Siedler zu Mikrokolonien entwickeln, aber wie genau das geschieht, ist noch wenig erforscht.
Verwendung des Mundbakteriums Streptococcus mutans Forscher haben gezeigt, dass sich mikrobielle Zellen zufällig und unabhängig von der Oberflächenart ansiedeln. Dennoch beginnt nur eine Untergruppe der Kolonisatoren tatsächlich, sich zu gruppieren und auszudehnen ihren Umfang „durch die Verschmelzung benachbarter Bakterien zu dicht besiedelten Mikrokolonien.“
„Wir dachten, dass der Großteil der einzelnen Bakterien am Ende wachsen würde“, sagt Koo. „Aber die tatsächliche Zahl betrug weniger als 40 Prozent, der Rest starb entweder ab oder wurde vom Wachstum anderer Mikrokolonien verschlungen.“
Sobald die Cluster entstehen, passiert etwas wirklich Merkwürdiges: Sie beginnen, miteinander zu interagieren, zu wachsen und sich zu dicht besiedelten Gruppen zu organisieren. Mikrokolonien im Mikrometerbereich, die sich weiter ausdehnen und verschmelzen ', um einen Biofilm-Überbau zu bilden.
Diese Art der Zusammenarbeit ist interessant, da vorherige Studien haben über bakterielle Konkurrenz bei anderen Arten berichtet, insbesondere wenn Nährstoffe knapp waren.
In diesem Fall wirkten sich die Nährstoffe lediglich auf die eigentliche Bildung der Kolonien aus. Danach „wuchsen die einzelnen Mikrokolonien (entfernt oder in unmittelbarer Nähe) ohne Unterbrechung weiter, bis sie miteinander verschmolzen, und die zusammengeführten Strukturen verhielten sich und wuchsen wie eine einzige neue harmonisierte Gemeinschaft.“ schreiben die Forscher .
Erst als antagonistischere fremde Arten eingeführt wurden, wirkte sich dies auf diese scheinbar friedliche Einheit aus und das Wachstum der Mikrokolonien verringerte sich.
„Diese Gemeinschaften (Mikrokolonien) können auf kollaborative Weise expandieren und miteinander verschmelzen, ohne Konkurrenz zwischen benachbarten Gemeinschaften“, so die Autoren daraus schließen .
(Paula et al., Nature Communications, 2020)
Es ist die Art von Wachstum, die auf „gemeinschaftliches Verhalten zwischen Mikroorganismen“ hinweist, und sie ähnelt der menschlichen Urbanisierung, bei der einige Siedler statisch bleiben, während andere zu Dörfern heranwachsen, die sich weiter zu dicht besiedelten Mikrokolonien oder Städten ausdehnen, die dann zu mikrobiellen Megastädten verschmelzen .
Natürlich gibt es Grenzen für diese Idee der bakteriellen Urbanisierung. Die Autoren sagen nicht, dass Mikroben Verkehrsschilder, Straßen und Versorgungsleitungen bauen, aber die Grundidee ist dieselbe und sie kann uns nicht nur dabei helfen, Infektionen besser zu bekämpfen, sondern könnte uns auch helfen nachhaltiger bauen .
„Es ist eine nützliche Analogie, aber man sollte sie mit Vorsicht genießen“, sagt Koo sagt . „Wir sagen nicht, dass diese Bakterien anthropomorph sind.“ Aber wenn wir diese Perspektive des Biofilmwachstums einnehmen, erhalten wir ein mehrskaliges, mehrdimensionales Bild davon, wie sie wachsen, wie wir es noch nie zuvor gesehen haben.“
Die Studie wurde veröffentlicht in Naturkommunikation .