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Mikroben speichern Nährstoffe in extrazellulären Vesikeln – und lösen sie bei Bedarf wieder ein
Bakterien als Mini-Ökonomien
Bakterien können weitaus mehr, als nur Infektionen auslösen – sie gehen auch mit Ressourcen bemerkenswert geschickt um und verhalten sich in vieler Hinsicht wie kleine Volkswirtschaften. In einer neuen Studie in Nature Communications beschreiben Forschende der Veterinärmedizinischen Universität Wien, wie Bakterien Nährstoffe in EVs horten, wenn sie reichlich vorhanden sind, und diese Reserven später als „flexible Einlage“ nutzen, sobald Hunger einsetzt. Die Arbeit mit dem Titel „Bacterial extracellular vesicles as recyclable nutrient reservoirs“ offenbart eine bislang unerkannt gebliebene Funktion bakterieller EVs und verändert unseren Blick auf mikrobielle Überlebensstrategien.
Miniaturlagerstätte außerhalb der Zelle
Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind winzige membranumhüllte Partikel mit einer Größe zwischen 100 und 500 nm die von allen Zellen freigesetzt werden. In Bakterien galten EVs lange vor allem als Transportmittel für Toxine, Signalmoleküle oder genetische Information. In ihrer Studie nutzte das Team den bakteriellen Erreger Bacillus cereus, um zu zeigen, dass EVs, die mit wertvollen Biomolekülen wie Lipiden, Proteinen und Nukleinsäuren beladen sind, zusätzlich als externe Nährstoffdepots dienen können.
„Auffällig war zunächst, dass sich extrazelluläre Vesikel in nährstoffreichen Umgebungen nicht – wie erwartet – einfach über die Zeit hinweg anhäufen“, sagen die Erstautorinnen Astrid Laimer-Digruber und Tanja Vanessa Edelbacher. „Stattdessen beobachteten wir, dass die Populationen extrazellulärer Vesikel, die unter nährstoffreichen Bedingungen gebildet wurden, im weiteren Verlauf wieder verschwanden. Diese unerwartete Beobachtung deutete für uns darauf hin, dass Bakterien EVs aktiv abbauen oder recyceln. Dies veranlasste uns, den zugrunde liegenden Mechanismus genauer zu untersuchen."
Wenn die Nährstoffe zur Neige gehen, wird auf Erspartes zurückgegriffen
Die Forschenden fanden heraus, dass Bakterien und EVs stark auf ihre Umwelt reagieren. Sobald die Nährstoffe in ihrer Umgebung knapp werden, verschwinden EVs, die zuvor unter nährstoffreichen Bedingungen gebildet wurden, wieder. Weiterführende Analysen der EV-Membranhülle, zeigten, dass nur EVs die unter nährstoffreichen Bedingungen gebildet wurden, das Lipid Sphingomyelin enthalten. Dadurch werden diese EVs für den Abbau durch das bakterielle Enzym Sphingomyelinase (SMase) zugänglich. Wenn die Nährstoffe zur Neige gehen, setzt Bacillus cereus die SMase ein, um diese EVs zu öffnen und so die gespeicherten Nährstoffe freizusetzen, die die Bakterien anschließend wiederverwenden können. Vereinfacht gesagt: Die Bakterien legen in guten Zeiten Vorräte an und greifen darauf zurück, wenn Ressourcen knapp werden. Diese „Auszahlungs“-Strategie verschafft ihnen unter Nährstoffstress einen klaren Überlebens- und Wachstumsvorteil.
„Dieses mikrobielle Verhalten spiegelt Prinzipien wider, die wir aus menschlichen Gesellschaften kennen: in Zeiten des Überflusses werden Rücklagen gebildet, die in Krisenzeiten wieder genutzt werden“, verdeutlicht Letztautorin Monika Ehling-Schulz vom Zentrum für Pathobiologie der Vetmeduni. „Bakterielle EVs fungieren als hochenergetische Reserven, die nicht nur die produzierende Zelle, sondern auch die gesamte Gemeinschaft unterstützen – eine starke Überlebensstrategie in herausfordernden Umgebungen.“
Implikationen für Infektion und Innovation
Die Erkenntnisse könnten weitreichende Folgen haben. Viele krankheitserregende Bakterien produzieren Sphingomyelinase, was darauf hindeutet, dass diese Form des Nährstoffrecyclings über EVs eine weit verbreitete Überlebensstrategie unter Bakterien sein könnte. Ein besseres Verständnis der Bildung und des Abbaus dieser EVs könnte dabei helfen, neue Ansätze zu entwickeln, um infektionsauslösende Bakterien gezielt zu schwächen oder die Stabilität von EVs für neuartige medizinische und biotechnologische Anwendungen zu verbessern.
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.rer.nat. Monika Ehling-Schulz
Mikrobiologie, Zentrum für Pathobiologie
Department für Biologische Wissenschaften und Pathobiologie
Veterinärmedizinische Universität Wien (Vetmeduni)
Monika.Ehling-Schulz@vetmeduni.ac.at
Die Studie „Bacterial extracellular vesicles as recyclable nutrient reservoirs“ wurde von Forschenden der Veterinärmedizinischen Universität Wien in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität München (TUM) und CEITEC in Brünn durchgeführt und in Nature Communications veröffentlicht.
https://www.nature.com/articles/s41467-026-71463-3
https://www.vetmeduni.ac.at/universitaet/infoservice/presseinformationen/presse/...
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, jedermann
Biologie, Medizin, Tier / Land / Forst
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
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