In der Natur leben Bakterien den Schweizern zufolge meist in Gemeinschaften zusammen. Als Kollektiv bewohnen sie unseren Darm, auch als Darmmikrobiom bekannt, oder bilden Biofilme wie beim Zahnbelag. "Den einzelnen Mikroben bietet das Zusammenleben viele Vorteile. Sie können widrigen Umweltbedingungen besser trotzen, erobern gemeinsam neue Territorien und profitieren dabei voneinander", berichtet das Team unter Leitung von Knut Drescher vom Biozentrum der Universität Basel.
Die Bildung solcher Bakteriengemeinschaften sei ein hochkomplexer Vorgang, bei dem dreidimensionale Gebilde entstehen. In ihrer in Nature Microbiology publizierten Studie haben die Forscher die Entstehung von Bakterienschwärmen genauer untersucht. Erstmals konnten sie nach eigenen Angaben das Auftreten eines Gens mitverfolgen und gleichzeitig das Verhalten der einzelnen Zellen filmen, während sich mikrobielle Gemeinschaften räumlich und zeitlich entwickeln.
Art der verfügbaren Stoffe beeinflusst Ausbreitung
Als Modellorganismus habe ein weit verbreitetes Bakterium aus der menschlichen Darmflora gedient. "Unsere Beobachtungen zeigten, dass diese im Kollektiv lebenden Bakterien über mehrere Generationen hinweg miteinander kooperieren", erklärt Drescher. Frühere Generationen würden Stoffwechselprodukte für die Nachkommen hinterlassen.
Zudem gebe es innerhalb eines Bakterienschwarms Subpopulationen. Diese produzierten und nützten unterschiedliche Stoffwechselprodukte. Die Art der verfügbaren Stoffe wiederum beeinflusse die Ausbreitung beziehungsweise das Schwarmverhalten der Bakterien.
"Je nach Region unterscheiden sich die Bakterien im Aussehen, den Eigenschaften und im Verhalten voneinander. Während sie an den Rändern beweglich sind, bilden sie im Zentrum lange, unbewegliche Fäden und lagern sich zu einem 3D-Biofilm zusammen", erklärt Autorin Hannah Jeckel. Ein Grund sei das unterschiedliche Platz- und Nährstoffangebot. Durch die räumliche Verteilung der Bakterien mit unterschiedlichen Eigenschaften könne die Gemeinschaft expandieren und sich gleichzeitig im schützenden Biofilm verschanzen. Dieser Prozess scheine bei Bakteriengemeinschaften weit verbreitet und wichtig für ihr Überleben zu sein.