San Diego. Unter widrigen Bedingungen wie Trockenheit, Nährstoffmangel oder Hitze können viele Bakterien in einen inaktiven Zustand wechseln, ihren Stoffwechsel einstellen und so mitunter mehrere Jahrhunderte überdauern. Sobald sich die Umgebungsbedingungen bessern, „erwachen“ die Einzeller wieder zum Leben. Bislang rätselten Forscher darüber, wie die inaktiven Mikroorganismen ihre Umwelt wahrnehmen.

Diese Frage hat nun ein Team der University of California in San Diego geklärt. In Versuchen am Heubazillus Bacillus subtilis entdeckte die Gruppe um Güro Süel, dass die inaktiven Sporen dieser Bakterien Signale der Umwelt über gespeicherte elektrochemische Energie registrieren. Summieren sich diese Signale mit der Zeit über einen Schwellenwert hinaus, erwachen die Sporen binnen weniger Minuten wieder zum Leben, wie das Team im Fachjournal „Science“ berichtet.

Selbst im Tiefschlaf verarbeiten Bakterien Informationen

„Diese Studie ändert, wie wir über Sporen denken, die bisher als inaktive Objekte galten“, wird der Molekularbiologe Süel in einer Mitteilung seiner Universität zitiert. „Wir zeigen, dass Zellen in einem tiefen Schlafzustand Information verarbeiten können.“ Stoffwechselaktivität sei dafür nicht erforderlich.

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Das Team stimulierte die Heubazillus-Sporen mit winzigen Mengen eines Nährstoffs – der Aminosäure L-Alanin – und analysierte ihre Reaktion. Tatsächlich reagierten die Sporen auf dieses Signal, indem sie gespeicherte Kalium-Ionen durch ihre innere Zellhülle abgaben. Wurde der Reiz wiederholt, kam es bei etwa der Hälfte der Sporen zur Keimung. Äußere Reize müssten einen Schwellenwert erreichen, damit die Bakterien erwachen und ihren Stoffwechsel wieder aufnehmen, schreibt das Forscherteam.

Forschung hilft bei Suche nach außerirdischem Leben

Die Fähigkeit, äußere Signale über bestimmte Zeiträume hinweg bis zu einem Schwellenwert zu summieren, gewährleistet demnach, dass die Zelle nicht schon bei kleineren Schwankungen der Umgebung wieder zum Leben erwacht, sondern erst dann, wenn dauerhaft günstige Bedingungen vorherrschen.

„Diese Studie deutet auf alternative Wege hin, mit der potenziellen Bedrohung durch Sporen von Krankheitserregern umzugehen“, sagt Süel. Und sie habe auch Folgen für die Suche nach außerirdischem Leben. „Wenn Wissenschaftler Leben auf dem Mars oder der Venus finden, wird es wahrscheinlich in einem schlafenden Zustand sein, und wir wissen, dass eine Lebensform, die völlig inaktiv scheint, dazu fähig sein kann, ihre nächsten Schritte vorzubereiten.“

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In einem „Science“-Kommentar schreiben Jonathan Lombardino und Briana Burton von der University of Wisconsin in Madison, die Beschreibung biete eine mechanische Erklärung für die spontane Keimung von Sporen. Noch unklar bleibe aber, wie Zellrezeptoren die Signale der Umgebung so umwandeln, dass der Ausfluss von Kalium-Ionen durch die innere Zellmembran aktiviert werde.

RND/dpa