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Bakterien-Kolonien auf Nährböden

Foto: APA/dpa/Ulrich Perrey
Wien - Viele Bakterien sind nach neuesten Forschungen nur in der Gemeinschaft - in so genannten Biofilmen - so richtig stark. Alleine umherschwimmend können sie viele ihrer Lebensaufgaben nicht oder nur bedingt erfüllen. So schätzen Experten heute, dass über 60 Prozent aller Infektionen durch Bakterien nur über Biofilme laufen, erklärte Staffan Kjelleberg von der University of New South Wales in Sidney (Australien) bei einer Pressekonferenz anlässlich des "11. Symposiums für Mikrobielle Ökologie" (ISME-11) in Wien.

Mikrobielle Biofilme sind - in den meisten Fällen - unscheinbar, aber allgegenwärtig. Voraussetzung ist nur der Kontakt mit Wasser oder auch Körperflüssigkeiten. So ist jeder Stein in einem See, Tümpel oder auch im Meer mit einem derartigen Film überzogen. Aber auch pflanzliche, tierische oder menschliche Gewebe und Organe sind Heimstätten von bestens organisierten Bakterienkulturen.

Kompliziertes Netzwerk

Einmal festgesetzt, wächst der Bakterienfilm, gedeiht, altert und vergeht. Erst nach und nach lernen die Mikrobiologen, wie das komplizierte Netzwerk einer derartigen Kolonie funktioniert, wie die einzelnen Bakterien unter einander kommunizieren. Zusammengehalten wird das Gebilde von einem Gel-artigen Schleim, der gemeinsam von den Zellen ausgesondert wird und unter anderem Schutz bietet. Im Schleim befindet sich aber auch ein Netzwerk an Tunneln, über welche die Einzelzellen Nähr- und Botenstoffe austauschen können.

Fest steht, dass sehr viele Bakterien nur in Zusammenspiel mit anderen in einem derartigen Biofilm so richtig funktionieren. Alleine gelassen, können die Mikroben beispielsweise ihre reinigende Aufgabe in einer Kläranlage nicht erledigen. Kjelleberg berichtete, dass auch krank machende Mikroben für die Infektion - etwa eines Menschen - den Schutz von Biofilmen brauchen. Ohne Teamwork können die gefährlichsten Bakterien keinen Schaden anrichten.

Bekämpfungsmöglichkeiten

Umgekehrt bedeutet dies aber auch die Möglichkeit von neuen Bekämpfungsmaßnahmen. "In vielen Fällen brauchen wir im Kampf gegen pathogene Keime gar nicht die Bakterien selbst, sondern nur deren Netzwerke zu zerstören, um uns vor ihnen zu schützen", sagte Kjelleberg. Teilweise reicht es, etwa die Kommunikation zwischen den Zellen zu unterbrechen, schon können die Kolonien nicht mehr effektiv arbeiten und sterben ab.

Dieser neue Ansatz könnte etwa den Einsatz von Antibiotika oder Desinfektionsmitteln reduzieren. Besondere Bedeutung kann die Biofilm-Forschung gegen jene Bakterien-Stämme bekommen, die heute schon gegen die meisten Antibiotika immun sind.

Bedeutung von Bakterien

Auch wenn bisher mit 6.000 Arten vergleichsweise wenig Bakterien bekannt und beschrieben sind, dürften die meist unsichtbaren Mikroben die umfangreichste Organismengruppe überhaupt sein. Erst mit der modernen Gentechnik sind Forscher nun in der Lage, das wahre Ausmaß an Bakterienarten zu erkennen. Auch die globale Bedeutung der Bakterien bis hin zum Klima ist drastisch unterschätzt worden.

Die bisherigen Wissenslücken über Bakterien hat einen einfachen Grund. Mit einem Mikroskop ist eine Bestimmung der Arten nicht möglich, bis vor etwa zehn bis 15 Jahren blieb nur das Anlegen einer Kultur auf einem Nährboden als sichere Möglichkeit der Identifizierung. Nach ersten Analysen des Erbgutes (DNA) von Bakterien hat sich aber gezeigt, dass sich die überwiegende Mehrzahl der Bakterien gar nicht auf Nährböden vermehren lässt.

DNA-Analysen entdecken neue Arten

"Aus Meeresproben lassen sich 0,001 bis 0,1 Prozent der vorhandenen Bakterienzellen auf Kulturmedien vermehren, im Süßwasser sind es 0,25 Prozent", erklärte dazu Michael Wagner vom Department für Mikrobielle Ökologie der Uni Wien. Daher wundert es wenig, dass heute durch DNA-Analysen praktisch in jeder Probe, ob aus Boden, Süß- oder Meerwasser neue Bakterien-Arten entdeckt werden.

Symbionten

Auch Zoologen berichten ständig über neue Bakterien-Arten, die sie etwa als Symbionten von Insekten identifizieren. Praktisch jedes Insekt bringt ein neues Bakterium zum Vorschein. Ein Gramm Boden - etwa aus einem Blumentopf - beherbergt rund 100.000 Arten, der menschliche Darm 3.000 und die menschliche Mundschleimhaut rund 5.000 Bakterien-Spezies. Eine Tonne Ackerboden enthält mehr Mikrobenzellen als Sterne im Universum zu finden sind.

Die unglaubliche Vielfalt an Bakterien wird in Zukunft auch so manches Rätsel klären, etwa warum sich ein bestimmter Boden speziell für eine Pflanze eignet, ein benachbarter und scheinbar gleicher Boden dagegen gar nicht. Auch unverhoffte Zusammenbrüche von Kläranlagen könnten mit der rasant zunehmenden Kenntnis der Bakterienfauna geklärt und sogar Gegenmaßnahmen getroffen werden, ist Wagner überzeugt.

Überraschungen

Nicht zuletzt stecken in den Mikroorganismen aber auch jede Menge Überraschungen für die Technologen. Erst vor wenigen Jahren wurde ein neuer, über Rhodopsin laufender Mechanismus geklärt, mit denen Bakterien Licht direkt in chemische Energie verwandeln können, so Edward DeLong vom Massachusetts Institute of Technology (USA). Der Forscher sieht aber auch Chancen, von den Bakterien neue Möglichkeiten zur Herstellung von Kunststoffen oder auch Medikamenten abschauen zu können. "Bakterien sind fast so alt wie die Erde selbst und ihre Methoden lange bewährt", so der Wissenschafter. (APA)