Das Bakterium Myxococcus xanthus ist zur Mikrobe des Jahres 2020 gewählt worden. Diese Bakterienart lebt in sozialen Verbänden, verfügt über eine erstaunliche Kommunikationsfähigkeit und kann harte Zeiten dank einer faszinierenden Strategie überstehen. Doch nicht nur das: Die Mikroben besitzen auch eines der größten bekannten bakteriellen Genome. Außerdem produzieren sie und ihre Verwandten eine Vielzahl biologisch aktiver Stoffe. Sie bergen daher ein großes Potenzial für die Entdeckung neuer Medikamente für Menschen, Tiere und Pflanzen.
Ob im Boden, in Gewässern oder auf und in unseren Körpern: Nahezu überall auf der Erde tummeln sich Mikroben – sogar der „Keller“ unseres Planeten, kilometertief in der Erdkruste, beherbergt mikrobielle Bewohner. Im Alltag wird diesen winzigen Organismen oft wenig Beachtung geschenkt. Doch ohne sie würde das Leben nicht so funktionieren, wie wir es kennen. Denn Mikroorganismen spielen eine bedeutsame Rolle für die Ökosysteme und auch für unsere Gesundheit. Um auf diese wichtige Funktion und die Vielfalt der Winzlinge aufmerksam zu machen, kürt die Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) alljährlich die Mikrobe des Jahres. Diesmal haben die Experten Myxococcus xanthus ausgewählt. Diese stäbchenförmigen Bakterien sind dafür bekannt, in sozialen Verbänden zusammenzuleben und andere Bakterien als Nahrungsquelle zu nutzen.
Im Schwarm jagen die Mikroben zum Beispiel Escherichia coli-Keime. Doch in harten Zeiten werden sie mitunter auch zu Kannibalen: Bei Nahrungsmangel warten die Mikroben in der Gruppe auf bessere Bedingungen. Unzählige Zellen finden sich dabei gezielt zu einem kugelförmigen Haufen zusammen und bilden einen Pilz-ähnlichen gelben Fruchtkörper. Die schlanken, stäbchenförmigen Zellen verwandeln sich in runde Sporen, die Hunger- und Trockenzeiten überdauern können. Der größte Teil hungernder Zellen löst sich allerdings auf und dient als Nahrungsquelle – kannibalistischer Selbstmord zum Überleben der Population. Ein kleiner Teil stäbchenförmiger Zellen bleibt außerhalb des Fruchtkörpers und hilft, neue Nahrungsquellen zu erkennen. Sind die unwirtlichen Bedingungen vorüber, bilden sich aus den verbliebenen Stäbchen und Sporen des Fruchtkörpers wieder aktive Zellgemeinschaften, die erneut zum Beutezug ausschwärmen.
Komplexe Sozialstrukturen
Diese Art von Verhalten zeugt von einer erstaunlichen sozialen Koordination: Myxococcus xanthus ist ein Paradebeispiel dafür, wie gut Bakterien miteinander kommunizieren können. Wie präzise sich die Zellen „absprechen“, überrascht dabei selbst Mikrobiologen. Für die Abstimmung benachbarter Zellen sorgen verschiedene chemische Signalstoffe und komplexe Empfangssysteme. Auf diese Weise verständigen sich die Bakterien zum Beispiel darüber, wann sie sich zu einem Fruchtkörper zusammenschließen müssen. Faszinierend ist auch die Fortbewegungsweise der Mikroben: Die einzelnen Bakterien können sich auf zwei unterschiedliche Arten bewegen. Zum einen nutzen sie haarförmige Anhängsel aus tausenden Proteinuntereinheiten. Jeder einzelne sogenannte Pilus kann sich verlängern, an Oberflächen anheften und dann wieder verkürzen. So entsteht eine Kraft, die die Zelle nach vorne zieht.
Zum anderen können die Bakterien gleiten. Dabei heften sie sich mit Hilfe von Proteinkomplexen an den Untergrund. Diese Proteinkomplexe entstehen am vorderen Zellpol, binden an den Untergrund und wandern dann an das hintere Ende der Zelle. So schiebt sich die Zelle nach vorne. Beide Bewegungsmechanismen wiederholen sich kontinuierlich und bringen einzelne Zellen und große Zellgruppen koordiniert voran. „Es ist faszinierend, die unterschiedlichen Bewegungsmuster von M. xanthus in den räuberischen Schwärmkolonien und während der Fruchtkörperbildung zu beobachten“, sagt Myxobakterien-Forscherin Anke Treuner-Lange vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg.
Quelle für Naturstoffe mit Potenzial
Mit fast zehn Millionen Basenpaaren besitzt Myxococcus xanthus eines der größten bakteriellen Genome. Ihre aufwändige Lebensweise führt zudem dazu, dass die Bakterien viele biologisch aktive Stoffe bilden, darunter Antibiotika zum Abtöten ihrer Opfer und Botenstoffe zur Kommunikation. Wie in einem Baukasten setzen die Myxobakterien verschiedene kleine Moleküle zu komplexen Stoffen zusammen – dazu zählen beispielsweise die charakteristischen gelben Farbstoffe, die eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Sporen zu aktiven Zellen spielen. Ein flüchtiger Stoff, Geosmin, ist für den typischen erdigen Geruch von M. xanthus verantwortlich. Für Mediziner sind Stoffe wie diese von großem Interesse: Myxococcus xanthus und verwandte Vertreter aus der Ordnung der Myxobakterien gewinnen als mögliche Quelle für neue Medikamente zunehmend an Bedeutung. So könnte etwa das kürzlich entdeckte Corallopyronin ein neues Breitbandantibiotikum werden. Auch Wirkstoffe gegen Krebs, Viren und im Pflanzenschutz gegen Pilzerkrankungen werden derzeit erforscht.
Quelle: Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland e.V.
