Schläfer, aufgewacht!

us | Sporenbildende Bakterien können in inaktivem Zustand jahrzehntelang auch unter widrigen Umweltbeding­ungen überdauern. Die Zellen werden teilweise dehydriert, mit einer Schutzschicht überzogen, RNA wird abgebaut und Kalium-Ionen reichern sich im Inneren der Zellen an. Wenn sich die äußeren Umstände zu ihren Gunsten drehen, erwachen die robusten Mikroorganismen jedoch wie durch ein ­Wunder und ihr Stoffwechsel beginnt wieder zu arbeiten. Ein Team amerikanischer Mikrobiologen hat nun herausgefunden, auf welche externen Signale hin die Sporen von Bacillus subtilis reagieren und ihre Ruhepause beenden. Sie stellten fest, dass die Anwesenheit von Nährstoffen wie Aminosäuren Sporen aufwecken kann. In einem Mikrofluidexperiment behandelten die Forscher Sporen mit kurzen Pulsen einer L-Alanin-Lösung. Nach dem ersten Puls wachten nur knapp 5% der Sporen auf, nach einem zweiten Puls rund 50% der verbliebenen Zellen. Vor dem Erwachen zeigte sich eine Änderung des elektrochemischen Potenzials der Sporen. Die gepulste Zufuhr von L-Alanin führte zu einer stufenartigen Erniedrigung des Potenzials der Zellmembran. Die Forscher konnten den elektrochemischen Zustand der Mem­bran in mathematischen Modellen vorhersagen. Die Aminosäure L-Alanin bindet an einen Rezeptor an der Sporen­hülle und löst dadurch die Öffnung von Kalium-Kanälen aus, durch die Kalium-Ionen ausströmen. Wenn das Membranpotenzial einen ­gewissen Wert erreicht hat, wacht die Zelle auf und beginnt zu arbeiten. Ohne den Nährstoff bleiben die Poren geschlossen. Erst ab einer gewissen Konzentration von Alanin in der Umgebung ­öffnen sich die Kalium-Kanäle und vermitteln das Einsetzen der Aktivität des Stoffwechsels. Dadurch lässt sich erklären, warum im Experiment die meisten Sporen erst bei dem zweiten Alanin-Puls erwachten. Sporen ­benötigen also keine metabolische Restaktivität, um eine Verbesserung der äußeren Lebensbedingungen wahrzunehmen. Sie können sich vollständig auf äußere Signale verlassen. |