Mikrobenzirkus

Keine Panik vor Bazille, Virus & Co

Mikrobe des Jahres 2020: Myxococcus xanthus

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Fruchtkörper von M. xanthus (c) Roland Garcia, HZI/HIPS

Es ist wieder soweit. Die Miss oder Mister-Wahl zur Mikrobe des Jahres 2020 hat vor kurzem stattgefunden. Die Mikrobiologen der VAAM (Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie) machen damit auf die Vielfalt der mikrobiologischen unsichtbaren Welt aufmerksam. And the Winner is…Myxococcus xanthus!
Das freut mich besonders, da ich mit der Bakteriengattung viel in meinem Alltag als Pressesprecherin am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) zu tun habe. Zuerst einmal die harten Fakten zum Steckbrief.

Bakterienjäger – sozial und kommunikativ

Myxococcus xanthus jagt im Schwarm eine Escherichia coli-Kolonie. (c) Roland Garcia, HZI/HIPS

Die besonders spannenden Myxococcus-Bakterien bringen ganz unerwartete Eigenschaften mit. Sie können sich zu Hunderttausenden zusammenrotten, ihr Opfer belagern und es schließlich vernichten. Das hört sich an wie aus einem Actionfilm.
Die Bakterien sind aktive Jäger im Schwarm, die es auf andere Bakterien als Futter abgesehen haben. Das ist also richtiger Kannibalismus unter Bakterien! Dazu müssen die winzigen stäbchenförmigen Bakterien miteinander „sprechen“ und ihr Verhalten abstimmen.

Hunderttausende Zellen von Myxococcus xanthus formen bei Nahrungsmangel einen kugeligen Fruchtkörper mit dauerhaften Sporen im Inneren.
Quelle: http://animafactura.com/?p=100, Jürgen Berger/ Supriya Kadam, CC BY-NC 4.0

Bei Nahrungsmangel lauert Myxococcus xanthus geschützt auf bessere Zeiten. Die Bakterienzellen finden sich gezielt zu kugelförmigen Haufen zusammen und bilden einen Pilz-ähnlichen Fruchtkörper. Dabei verwandeln sich die Bakterienstäbchen in runde Sporen, die Hunger – und Trockenzeiten überdauern können. Dem Fruchtkörper und den Sporen verdankt das Bakterium auch seinen Namen: Die Fruchtkörper sind gelb (griech. xanthos), die Sporen kugelig (coccos), und die Zellen produzieren dazu noch einen Schleim (myxa), der die ganze Gemeinschaft zusammenhält.
Ein Teil der Myxococcus-Bakterien begeht in solchen Stressphasen sogar kannibalistischen Selbstmord und stellt sich der Gemeinschaft als Nahrung zur Verfügung – zum Überleben der Population. Ist der unwirtliche Zustand vorüber, bilden sich aus den verbliebenen Stäbchen und Sporen wieder aktive Zellgemeinschaften, die wieder „auf die Jagd gehen“.

Faszinierende Sozialstrukturen

Die im Boden lebenden Myxococcus-Bakterien sind ein Musterbeispiel für soziale Koordination unter einzelligen Mikroorganismen. Dazu ist eine präzise Kommunikation zwischen den Bakterien nötig. Die „Sprache“ der Bakterien sind in diesem Fall verschiedene Signalstoffe der Bakterien und komplexe Empfangssysteme bei den winzigen Organismen, die selbst Mikrobiologen noch erstaunen. Die gelben Fruchtkörper, die gemeinschaftlich gebildet werden, sind fast mit bloßem Auge zu erkennen. Die Kugeln erreichen die Dicke eines Blatts Papier. Einige verwandte Arten von Myxobakterien bilden sogar noch faszinierende größere Bäumchen-ähnliche Strukturen von der Dicke eines Fingernagels.

Auch andere Myxobakterien bilden Baum-ähnliche Fruchtkörper
(Quelle: Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) Braunschweig)

Baukasten aus Naturstoffen für Medikamente

Myxococcus xanthus verfügt mit fast zehn Millionen Basenpaaren über eines der größten bakteriellen Genome. Seine aufwändige Lebensweise führt zudem dazu, dass viele biologisch aktive Stoffe gebildet werden. darunter auch Antibiotika, die die Bakterien zum Abtöten ihrer Opfer brauchen und Botenstoffe zur Kommunikation. Über 130 solcher Sekundärmetabolite (Stoffe, die nicht unmittelbar dem Stoffwechsel dienen) sind mittlerweile beschrieben.

Myxococcus xanthus-Schwarm. Foto: Ronald Garcia, HZI/HIPS (Lizensierung:CC-BY-SA-3.0)
Ein gelber Signalstoff aus Myxococcus xanthus unter­stützt die Bildung von Dauerformen, die bei widrigen Bedingungen überleben können. Andere Naturstoffe aus Myxobakterien steuern das Schwarmverhalten oder wirken als Antibiotika. 

Myxobakterien sind in der Lage, verschiedene kleine Moleküle wie in einem Baukasten zu komplexen Soffen zusammenzusetzen. Dazu zählen zum Beispiel die charakteristischen gelben Farbstoffe (DKxanthene), die eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Sporen zu aktiven Zellen spielen. Auch Geosmin, ein flüchtiger Stoff der für den typischen erdigen Geruch von M. xanthus verantwortlich ist, gehört dazu.

Mikrobielle Naturstoffe als neue Antibiotika

Myxobakterien sind als Quelle für neue Antibiotika und Therapeutika natürlich hochinteressant. Sie haben sozusagen die präzise passenden Naturstoffe als Werkzeuge zur Bekämpfung anderer Bakterien schon lange in der Evolution ausprobiert.
Das kürzlich entdeckte Corallopyronin könnte vielleicht ein neues Breitbandantibiotikum werden. Der genetische Bauplan aus einem anderen Myxobakterium wurde in das Modellbakterium M. xanthus kloniert, um ausreichende Mengen an Corallopyronin herzustellen und so seine Wirksamkeit genauer untersuchen zu können. Auch Wirkstoffe gegen Krebs, Viren und im Pflanzenschutz gegen Pilzerkrankungen werden derzeit erforscht.
Auch der am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) entdeckte Naturstoff Chlorotonil stammt aus Myxobakterien. Er wirkt sowohl gegen multiresistente Staphylokokken – eine Gruppe von gefürchteten Krankenhauskeimen – als auch gegen den Malaria-Erreger. Chlorotonil ist damit ein sehr vielversprechender neuer Wirkstoff, der zurzeit für die weitergehende Entwicklung als Medikament optimiert wird.

Mikrobiologische Grüße, Susanne

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Autor: Susanne Thiele

Biologin und Wissenschaftsautorin aus Braunschweig www.susanne-thiele.de

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