Eine neue Studie hat gezeigt, dass sich das Verhalten oraler Bakterienkolonien nicht wesentlich von dem unterscheidet, wie wir Menschen uns in Städten niederlassen.
Es gibt einen Grund, warum Bakterien in „Kolonien“ leben. Je mehr wir darüber erfahren, wie diese winzigen Architekten ihre Gemeinschaften aufbauen, desto vertrauter erscheint uns ihr Verhalten.
Eine neue Studie, in der untersucht wurde, wie aus mehreren einzelnen Siedlern Mikrokolonien werden, hat Muster und Wachstumsdynamiken ergeben, die unsere eigenen städtischen Neigungen widerspiegeln.
“Wir haben Hunderte von Bakterien beobachtet, die sich von ihrer ersten Besiedlung bis zur Bildung von Biofilmen über die Oberfläche ausgebreitet haben”, sagt Hyun Ku von der University of Pennsylvania.
“Und wir sehen, dass die räumlichen und strukturellen Merkmale ihres Wachstums denen der Urbanisierung ähneln.”
Wie in der Natur leben Bakterien im Mund in komplexen Strukturen, die als Biofilme bekannt sind. Tatsächlich leben 99,9 Prozent der Prokaryoten mit Millionen anderer Nachbarn in einer dieser Siedlungen.
Biofilme gibt es überall, aber wenn Sie sie auf Ihren Zähnen haben, nennen wir sie Plaque. In diesem dichten und klebrigen Sediment sind Bakterien vor Umwelteinflüssen wie Zahnpasta, Zahnseide oder sogar Antibiotika geschützt.
Es sammelt sich an, wenn sich einige einzelne Siedler in Mikrokolonien verwandeln, aber genau wie dies geschieht, bleibt unerforscht.
ature Communications, 2020
Unter Verwendung des oralen Bakteriums Streptococcus mutans zeigten die Forscher, dass sich mikrobielle Zellen zufällig und unabhängig vom Oberflächentyp ablagerten. Allerdings beginnt nur ein Bruchteil der Kolonisierer tatsächlich, sich zu sammeln, was ihre Größe erweitert, “indem benachbarte Bakterien zu dicht besiedelten Mikrokolonien kombiniert werden”.
“Wir dachten, die meisten einzelnen Bakterien würden wachsen”, sagt Ku. “Aber die tatsächliche Zahl lag unter 40 Prozent, und der Rest stirbt entweder ab oder wird vom Wachstum anderer Mikrokolonien absorbiert.”
Sobald Cluster entstehen, passiert etwas wirklich Merkwürdiges: Sie beginnen miteinander zu interagieren, wachsen und verbinden sich zu dicht besiedelten Mikrokolonien im Mikrometerbereich, die sich weiter ausdehnen und verschmelzen und einen Biofilm-Überbau bilden.
Diese Zusammenarbeit ist interessant, da frühere Studien über eine bakterielle Konkurrenz bei anderen Arten berichtet haben, insbesondere wenn die Nährstoffe niedrig sind.
In diesem Fall beeinflussten die Nährstoffe nur die tatsächliche Koloniebildung. Danach “wuchsen einzelne Mikrokolonien (entfernt oder in unmittelbarer Nähe) ohne Unterbrechung weiter, bis sie miteinander verschmolzen, und die kombinierten Strukturen verhielten sich und wuchsen als eine einzige neue harmonisierte Gemeinschaft”, schreiben die Forscher.
Erst als mehr antagonistische gebietsfremde Arten eingeführt wurden, war diese scheinbar friedliche Einheit betroffen und das Wachstum von Mikrokolonien wurde verlangsamt.
„Diese Gemeinschaften (Mikrokolonien) können im Geiste der Zusammenarbeit ohne Konkurrenz zwischen benachbarten Gemeinschaften expandieren und miteinander verschmelzen“, schließen die Autoren.
Dies ist eine Art von Wachstum, das auf „kommunales Verhalten zwischen Mikroorganismen“ hinweist, und es ähnelt der menschlichen Urbanisierung, in der einige Siedler stationär bleiben, während andere sich in Dörfer verwandeln, die sich weiter zu dicht besiedelten Mikrokolonien oder Städten ausdehnen und dann zu Megastädten verschmelzen .
“Dies ist eine nützliche Analogie”, sagt Ku. „Wir sagen nicht, dass Bakterien anthropomorph sind. Aber diese Aussicht auf Biofilmwachstum gibt uns ein mehrskaliges, mehrdimensionales Bild davon, wie sie wachsen, was wir bisher noch nicht gesehen haben. '
Die Studie wurde in Nature Communications veröffentlicht.
Quellen: Foto: CDC / Public Health Image Library
