Bodenbakterien leben in nutzbringenden Gemeinschaften und tauschen häufig Nährstoffe miteinander aus. Das zeigt eine neue Studie der Uni Osnabrück in Kooperation mit der Universität Cambridge.

Untersucht wurde dafür die Häufigkeit von Bakterien, die im Laufe ihrer Evolution die Fähigkeit verloren haben, bestimmte Stoffe für ihr Wachstum selbst herzustellen. Um zu überleben, sind diese sogenannten „auxotrophen“ Bakterien auf eine Nährstoffversorgung durch andere Bakterien angewiesen, die diese Nährstoffe an ihre Umgebung abgeben.

In Fachkreisen ist diese Hypothese als die „Schwarze Königin Hypothese“ bekannt. Ob und wie häufig solche auxotrophen Bakterien in natürlichen Bakteriengemeinschaften vorkommen und inwieweit diese durch Stoffaustausch mit anderen Bodenbakterien überleben können, war bisher nur unzureichend untersucht.

„Wir haben Bodenproben in Jena, Thüringen, gesammelt und daraus knapp 7.000 Bakterienstämme aus 27 Bakteriengemeinschaften isoliert“, erklärt Christian Kost, Professor für Ökologie an der Uni Osnabrück: „Im Labor haben wir dann untersucht, welche Bakterien dazu in der Lage waren, bestimmte Nährstoffe selbst herzustellen und welche auf die Nährstoffaufnahme aus der Umgebung angewiesen sind.“

Ergebnis: Etwa die Hälfte aller Bakterien einer Bakteriengemeinschaft konnte selbst keine oder nur bestimmte Aminosäuren produzieren. Diese sind für die Herstellung von Proteinen essentiell und stellen deswegen einen lebenswichtigen Nährstoff dar.

Bodenbakterien konkurrieren nicht nur um Nährstoffe

In weiteren Experimenten konnte das Forschungsteam zeigen, dass isolierte auxotrophe Bakterien in Mischkulturen mit anderen Bakterienstämmen mit ebendiesen Nährstoffen versorgt wurden und dass ihr Wachstum von einer solchen Versorgung abhing.

Eine anschließende genetische Analyse legte nahe, dass eine Anreicherung mobiler DNA-Abschnitte möglicherweise die Entstehung der beobachteten Auxotrophien erklären kann. Diese mobilen Elemente sind dafür bekannt, Gene auszuschalten und könnten so die eigenständige Produktion von Aminosäuren bei Bodenbakterien unterbrechen.

„Alles in allem unterstützen unsere Untersuchungen die Schwarze Königin Hypothese und zeigen, dass Bodenbakterien nicht nur um Nährstoffe konkurrieren“, so Christian Kost. Im Gegenteil: Sie koexistieren demnach in einer Art Netzwerk, in dem sie sich gegenseitig mit Nährstoffen versorgen und ermöglichen damit überhaupt erst ihr Überleben.

Darüber hinaus lieferten die Ergebnisse zusätzlich eine Erklärung dafür, warum isolierte Bakterienstämme unter Laborbedingungen oft nur schwer zu kultivieren sind. „Diese Studie bietet neue Einblicke in die Art und Weise, wie Bakterien in ihrer natürlichen Umgebung miteinander zusammenleben“, erklärt der Experte: „Die dabei gewonnen Erkenntnisse können außerdem dabei helfen, Bakteriengemeinschaften besser zu verstehen, die in der Biomedizin oder Landwirtschaft eine wichtige Rolle spielen.“