Bakterien töten und fressen mit dem gleichen Werkzeug
Viele Bakterien stellen einen Proteinkomplex her, um Gifte in ihre Nachbarzellen einzuschleusen und dadurch Konkurrenten auszuschalten. Doch nun entdecken Forschende der ETH Zürich und der Eawag: Die Killerbakterien k?nnen sich mit ihren Waffen auch von ihren Nachbarn ern?hren.
In Kürze:
- Etliche Vibrio-Bakterien k?nnen eine besondere molekulare Waffe, das Typ6-Sekretionssystem ausbilden. Dieses hilft ihnen, Nahrungskonkurrenten auszuschalten.
- Forschende zeigen nun erstmals, dass Bakterienzellen mit diesem Sekretionssystem je nach N?hrstoffversorgung die Waffe dazu einsetzen, um Nachbarn zu t?ten und deren Zellinhalt langsam aufzusaugen.
- Das Killer-Verhalten k?nnte das gesamte mikrobielle Nahrungsnetz stark beeinflussen, weil N?hrstoffe nicht in die Umwelt gelangen, sondern direkt von Bakterien verwertet werden.
Auch Winzlinge k?nnen brutal sein – und potenzielle Konkurrenz um Ressourcen nicht nur aus dem Weg r?umen, sondern die Nachbarn als Nahrungsquelle nutzen. Zu diesem Schluss gelangt Forscherinnen und Forscher der ETH Zürich, dem Wasserforschungsinstitut Eawag und weiteren Gruppen. Ihre Ergebnisse sind soeben in der Fachzeitschrift Science ver?ffentlicht worden.
Speer mit einer vergifteten Spitze
Auf das Verhalten der Bakterien aufmerksam geworden sind die Forschenden, als sie zwei verschiedene Arten von im Meer lebenden, st?bchenf?rmigen Bakterien in winzigen Wachstumskammern unter dem Mikroskop beobachteten. ?Uns fiel auf, dass Zellen der einen Art begannen, sich aufzul?sen, wenn sie mit Zellen der anderen Art in Kontakt kamen?, sagt Astrid Stubbusch, die Erstautorin der Studie und Doktorandin an der ETH und der Eawag.
Beide Arten geh?ren zur selben Gattung der Vibrio-Bakterien. Sie unterscheiden sich unter anderem dadurch, dass die eine Art ein spezielles Sekretionssystem bilden kann. Fachleute bezeichnen diesen Proteinkomplex als Typ-6-Sekretionssystem (T6SS), eine hochkomplexe Waffe, mit der Bakterien andere bek?mpfen k?nnen.
Martin Ackermann, Professor für Mikrobielle System?kologie an der ETH Zürich und an der Eawag, stellt sich das T6SS als Speer mit einer giftigen Spitze vor. Die r?uberischen Bakterien schiessen den Speer ab. Er dringt in die Nachbarzelle ein, fügt ihr aber dadurch keine t?dlichen Verletzungen zu. ?Erst das Gift, das der Speer in die Nachbarzelle bringt, t?tet die Zelle?, sagt Ackermann. Die Killerzellen selbst seien immun gegen das Gift. ?Zellen der gleichen Art schiessen sich auch gegenseitig ab, ohne sich umzubringen.?
Eine praktische Mehrzweckwaffe
Im Labor wollten die Forschenden herausfinden, wie sich Bakterien verhalten, wenn sie unterschiedlich gut mit N?hrstoffen versorgt sind. In einem Versuch gaben sie einen bestimmten Mehrfachzucker (Alginat) ins N?hrmedium, den nur die Opferzellen, nicht aber die Killerbakterien verwerten konnten. Dabei zeigte sich: Wenn die Opfer gut gen?hrt waren, ver?nderten sie langsam ihre Form und gaben nach und nach ihre Zellinhalte ab – als Futter für die Killerzellen.
In einem anderen Versuch, bei dem beide Zelltypen gut versorgt waren, l?sten sich die Opferzellen hingegen sehr schnell auf und ihre Bestandteile verteilten sich rasch in der Umgebung.
?Dieser Unterschied in der Aufl?sungsdauer k?nnte bedeuten, dass die Killerzellen ihre Speere mit verschiedenen Giften beladen?, sagt Mitautor Glen D’Souza. Wenn die Killerzellen in ihrem Umfeld Nahrung vorfinden, t?ten sie die Opferzellen rasch und schalten damit die Nahrungskonkurrenz aus.
?Wenn die Killerzellen jedoch ausgehungert sind, sorgen sie dafür, dass sich die Beutezelle in der Nachbarschaft langsam entleert, damit sie m?glichst viele N?hrstoffe aufnehmen k?nnen?, sagt D'Souza.
Strategie ist weit verbreitet
Um herauszufinden, wie verbreitet dieses neu entdeckte bakterielle Verhalten ist und welche ?kologische Relevanz es haben k?nnte, hat das Forschungsteam riesige DNA-Sequenz-Datenbanken durchforstet, welche andere Wissenschaftler:innen in verschiedenen Lebensr?umen gesammelt haben.
Diese Analysen zeigten: Den Bakterienarten der Gattung Vibrio, die über die T6SS-Gene verfügen, fehlen dafür oft Gene für die Verstoffwechselung von komplexen Kohlenhydraten wie etwa das Alginat. In anderen Worten: Viele Killer-Vibrionen sind genetisch darauf optimiert, von einfach nutzbaren Molekülen wie Zellsaft benachbarter Bakterienzellen zu leben.
?Das scheint ein evolution?rer Kompromiss zu sein?, erkl?rt Cara Magnabosco, ETH-Professorin für Geobiologie. ?Zudem haben wir noch mehr Arten gefunden, die dieses Killer-Verhalten zeigen k?nnten, und zwar im ganzen Bakterienstammbaum und in allen von uns untersuchten Lebensr?umen.?
Die Autor:innen der Studie vermuten, dass die Killerbakterien eine wichtige Rolle im N?hrstoffkreislauf von ?kosystemen spielen. Ihr Verhalten erm?glicht den direkten Austausch von N?hrstoffen zwischen Zellen. Magnabosco sagt, dass die Killerzellen wichtige N?hrstoffe behalten k?nnen, wenn sie ihre Nachbarn langsam aufl?sen. Die N?hrstoffe würden ansonsten in die Umwelt oder an andere Lebewesen im mikrobiellen Nahrungsnetz verloren gehen. ?In einem n?chsten Schritt m?chten wir diese Stoffflüsse in verschiedenen ?kosystemen genauer untersuchen?, sagt die Forscherin.
Dieser Text basiert auf einem Bericht der Eawag. Das Original ist externe Seite hier erschienen.
Literaturhinweis
Stubbusch AKM, Peaudecerf FJ, Lee KS, Paoli L, Schwartzman J, Stocker R, Basler M, Schubert OT, Ackermann M, Magnabosco C, and D’Souza G (2025). Antagonism as a foraging strategy in microbial communities. Science, 12. Juni 2025. DOI: externe Seite 10.1126/science.adr8286.