Mikrobiologen sind auch manchmal Künstler. Sie können zum Beispiel mit lebenden Mikroorganismen malen. Microbial Art! So geschehen für eine ungewöhnliche Werbung für den Science-Fiction Film „Contagion“, bei dem ein durch die Luft übertragenes Virus sich rasend schnell ausbreitet und seine Opfer innerhalb von Tagen tötet.

Für die Filmpremiere 2011 in Toronto schuf ein schottischer Pilzforscher ein lebendes Filmplakat für Warner Bros. Zuerst sah man im Schaufenster nur zwei Acrylschalen von 1,8 mal 0,6 Meter, die mit einem beigefarbenen Nährmedium gefüllt waren. Relativ unspektakulär.

Aber nach etwa zwei Wochen zeigte sich der Überraschungseffekt. Etwa 35 gelb, rot und grünblau leuchtende Bakterien- und Pilzarten (z.B. in rot Serratia marcescens) wuchsen in der überdimensionalen Petrischale und formten plastisch das Wort „Contagion“. Das Plakat entfaltete dann schnell eine „ansteckende“ Wirkung. Passanten blieben irritiert und neugierig stehen. Die Werbung funktionierte über die Faszination des Unbekannten und natürlich auch etwas Ekel…

Diese Idee des lebenden Filmplakats inspirierte jetzt den Biologen Roy Kishoni, der an der Harvard Medical School in Boston und dem Technion in Haifa arbeitet, zu einem Projekt, welches Kunst und Wissenschaftskommunikation elegant verbindet. Mithilfe einer gigantischen Petrischale und Zeitrafferaufnahmen kann man Medizinstudenten einfach und intuitiv vermitteln, wie schnell Bakterien mutieren und sich an immer höhere Antibiotika-Konzentrationen anpassen können. Für die Publikation der Ergebnisse im Fachjournal „Science“ nutzte Kishoni die Gelegenheit gleichzeitig, um die Mechanismen der Evolution zu analysieren.

Der Experimentaufbau ist recht einfach zu verstehen. Die übergroße Petrischale mit einem schwarzgefärbten Nährmedium wurde in neun vertikale Banden aufgeteilt. In den Außenbereichen wurde überhaupt kein Antibiotikum aufgebracht, im zweiten Bereich eine Dosis, die das Darmbaktrien E. coli gerade abtötet. Dann erhöhten die Forscher die Antibiotika-Konzentration um den Faktor 10. Im mittleren Bereich war eine sehr hohe Dosis des Antibiotikums Trimethoprim enthalten- etwa 1000 Mal so viel wie nötig ist, um einen nicht resistenten E. coli-Keim abzutöten. Die Arena ist fertig, die Spiele können beginnen!

Als „Gladiatoren“ wurden am Rand E. coli Bakterien dazugegeben. Bei Bakterien können die Generationszeiten sehr kurz sein, je nach Wachstumsbedingungen und nach Bakterienstamm auch sehr verschieden. So braucht ein E. coli nur etwa 20 Minuten, um sich zu verdoppeln.

Die äußerste Bande ohne Antibiotika stellte für die Bakterien kein Problem dar und wurde schnell aufgelöst. In der Zeitrafferaufnahme wird dann der Übergang zur nächsten Bande löchrig. Erste Mutanten entstehen, denen eine höhere Antibiotikadosis nichts ausmacht. Bei gutem Nährstoffangebot wird sich munter weitervermehrt und sich fächerförmig in der Schale ausgebreitet. Innerhalb von 10 Tagen wiederholen sich diese Vorgänge bis zur Mitte der Petrischale.

Überraschend dabei ist, dass nicht immer die besonders resistenten Varianten der Bakterien, den „Sprung“ in die nächste Bande schaffen. Oft sind einfach solche Faktoren wie Standort oder Schnelligkeit entscheidend, wie die Forscher auch mit Erbgutanalysen bestätigten.

Dies ist wahrscheinlich die coolste Visualisierung, bei der man direkt zuschauen kann, wie Evolution „passiert“.  Es ist dabei beides, wunderschön und erschreckend zugleich, wie schnell Bakterien innerhalb von 12 Tagen eine Antibiotikaresistenz entwickeln können.

 

Die Botschaft des Videos ist klar: Mehr Antibiotika einzusetzen, ist auf alle Fälle keine Lösung!

Mikrobiologische Grüße

Susanne