Das photosynthetisierende Plankton Emiliania huxleyi hat eine dramatische Beziehung zu seinen bakteriellen Feinden. Diese doppelten Fehler helfen E. huxleyi im Austausch gegen Nährstoffe, bis es bequemer wird, ihre Wirte zu ermorden und zu essen. Jetzt haben Wissenschaftler herausgefunden, wie diese tückischen Bakterien sich entscheiden, vom Freund zum Feind zu werden.
Eine Art dieser Bakterien scheint gesundheitsrelevante Chemikalien im Auge zu behalten, die von produziert werden E. huxleyiForscher berichten am 24. Januar in eLife. Die Bakterien behalten ihre freundliche Fassade bei, bis ihre Wirte altern und schwächer werden, und schlagen zu, sobald die anfälligen Algen es sich nicht leisten können, sie weiterhin mit Nährstoffen zu bestechen. Der Fund könnte helfen zu erklären, wie massive Algenblüten enden.
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Das Bakterium „begründet zuerst das, was wir den ‚ersten Händedruck‘ nennen“, sagt der Meeresmikrobiologe Assaf Vardi vom Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israel. „Dann verwandelt es sich in einen Krankheitserreger.“
E. huxleyis Partnerschaft mit diesen Bakterien, die zu einer Gruppe namens Roseobacter gehören, könnte am besten als Hassliebe beschrieben werden. Die einzellige Alge kann die benötigten B-Vitamine nicht selbst produzieren, daher bietet sie Nährstoffe an, um Roseobacter anzulocken, die (SN: 08.07.16). Der Handel ist eine Win-Win-Situation – zumindest bis die Bakterien entscheiden, dass sie besser dran sind, ihre Algenwirte zu töten und zu verschlingen, als in friedlicher Koexistenz zu bleiben.
Diese Art von bakteriellem Hinterhalt, die manchmal als „Jekyll-and-Hyde“-Merkmal bezeichnet wird, zeigt sich überall, von Tierdärmen bis hin zum offenen Meer. Aber es war vorher nicht klar, wie Roseobacter entscheiden, dass es der richtige Moment für einen Mord ist E. huxleyi.Vardis Team entlarvte eine Art von Roseobacter, mit der er lebt E. huxleyi zu Chemikalien aus Algen, die entweder jung und wachsend oder alt und stagnierend waren. Das Team führte den Bakterien auch zusätzliche Dosen einer bestimmten gesundheitssignalisierenden Algenchemikalie zu. Ein Blick darauf, welche Gene die Bakterien in den verschiedenen Experimenten aktivierten, zeigte, wie und warum sie von Freund zu Feind wechselten.
Die Bakterien töten ihre Algenfreunde, wenn sie hohen Konzentrationen einer schwefelhaltigen Chemikalie namens DMSP ausgesetzt werden, fanden die Forscher heraus. E. huxleyi verliert mit zunehmendem Alter immer mehr DMSP. Dies veranlasst schließlich seine doppelzüngigen mikrobiellen Partner, abtrünnig zu werden, ihren alternden Wirt zu töten und ihre Gene für nährstoffraubende Proteine und Flagellen – peitschenartige Schwänze, die zum Schwimmen verwendet werden – auf Hochtouren zu bringen.
Es ist eine „Eat-and-Run-Strategie“, sagt Noa Barak-Gavish, Mikrobiologin an der ETH Zürich. „Du frisst alles auf, was du kannst, und schwimmst dann weg, um Konkurrenz zu vermeiden … [and] alternative Gastgeber zu finden.“
DMSP ist nicht die einzige Figur in diesem tödlichen chemischen Kalkül. E. huxleyi kann den Blutdurst seines Gefährten mit einer Bestechung aus Benzoat stillen, einem Nährstoff, den Roseobacter verwerten kann, die meisten Bakterien jedoch nicht.
Während jetzt klarer ist, was die Bakterien dazu treibt, ihre Wirte zu töten, bleibt ihre Mordwaffe ein Rätsel. Vardi sagt, seine Gruppe habe einige Ahnungen, denen sie nachgehen müsse.
Diese Art von Frenemies-Beziehung könnte ein Schlüsselfaktor bei der Kontrolle des Booms und des Niedergangs massiver Algenblüten sein, wenn andere Phytoplankton- und Bakterien eine ähnliche Dynamik aufweisen, sagt Mary Ann Moran von der University of Georgia in Athens, die nicht an der Studie beteiligt war. Algenblüten können giftig sein (SN: 28.08.18). Aber sie „fixieren“ auch enorme Mengen an Kohlendioxid in Biomasse und sind eine wichtige Quelle für organischen Kohlenstoff im Ozean.
„Phytoplankton bindet die Hälfte des gesamten Kohlenstoffs auf dem Planeten, und wahrscheinlich 20 bis 50 Prozent dessen, was sie binden … gehen tatsächlich direkt an Bakterien“, sagt sie. Wenn also diese Art von Beziehung steuert, wie Kohlenstoff durch den Ozean fließt, „das ist etwas, das wir wirklich gerne verstehen würden“.
Quellen
N. Barak-Gavish et al. Bakterielle Lebensstiländerung als Reaktion auf Algenmetaboliten. eLife. Online veröffentlicht am 24. Januar 2023. doi: 10.7554/eLife.84400.
Autoren: Elise Cutts von Sciencenews
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