Bakterien Kein Hirn, aber den Weg finden sie

Frank Müller und Dirk Schüler betrachten elektronenmikroskopische Aufnahmen von Magnetbakterien. Foto: Christian Wißler

BAYREUTH.  Ohne Kopf und ohne Hirn (und so winzig) finden sie jedes Ziel. Wie Bakterien das schaffen, haben Forscher der Uni Bayreuth herausgefunden. Das könnte helfen, Krebs zu heilen.

Zugvögel, Honigbienen, Haie und viele andere Tiere können sich am Erdmagnetfeld orientieren und dadurch weit entfernte Ziele ansteuern. Der zugrundeliegende Mechanismus ist wissenschaftlich aber noch immer nicht erklärbar. Unter den kleinsten Lebewesen, Bakterien, findet man diese Fähigkeit auch.

In den 1960er Jahren entdeckte der italienische Forscher Salvatore Bellini Mikroorganismen, stieß damit aber zunächst auf Unglauben. Es dauerte ein weiteres Jahrzehnt, bis der amerikanische Doktorand Richard Blakemore tatsächlich nachweisen konnte, dass bestimmte Bakterien in die Richtung eines Stabmagneten schwammen.

Wie eine Kompassnadel

Der Forscher entdeckte, dass die Zellen Kristalle aus Magnetit, einem magnetischen Eisenmineral, enthalten und daraus lange Kristallketten bilden, mit deren Hilfe sich die Zellen orientieren können. Zusammen mit der LMU in München und dem Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried haben Forscher der Uni Bayreuth unter der Leitung von Frank Müller und Prof. Dirk Schüler nun genauer herausgefunden, wie die Bakterien das anstellen.

Verantwortlich dafür sind bestimmte Stützproteine, die die magnetischen Kristalle im Inneren des Bakteriums zu einer geraden Kette anordnen, die sich außerdem immer parallel zum Erdmagnetfeld ausrichtet. „Genau wie eine Kompassnadel“, sagt Müller. Für gewöhnlich besteht eine solche Kette aus 40 bis 50 magnetischen Kristallen, von denen jeder Einzelne ein winziger Dauermagnet ist.

Mit Hilfe ihres eingebauten Kompasses finden die Mikroorganismen schneller ihren bevorzugten Lebensraum. Zu Hause fühlen sich die magnetischen Bakterien im Schlamm von Teichen und Flüssen, weil sie sauerstoffarme Umgebungen lieben. Das Stützprotein ist aber nicht das Einzige, das den magnetischen Bakterien ihr Überleben erleichtert. Weitere Proteine sind für die Steuerung des Kristallwachstums zuständig oder für den Transport von Eisen, sagt Prof. Schüler.

Wie die Erkenntnisse der Bayreuther Forscher angewendet werden können, steht noch nicht fest, weil laut Müller die Ergebnisse im Rahmen der Grundlagenforschung entstanden sind. Für die magnetischen Kristalle werden aber verschiedenste Anwendungen diskutiert und zum Teil bereits erprobt, wie zum Beispiel die Bekämpfung von Tumorzellen.

Im September 2016 gelang es zum Beispiel einem Team von kanadischen Forschern der McGill und Polytechnique Universität Montréal, magnetische Bakterien für Krebs-Therapien an Tieren einzusetzen, um Tumore zu verkleinern. Mit Anti-Krebs-Medizin beladene magnetische Bakterien leitete man mit einem computergesteuerten Magnetfeld zunächst zum Tumor. Weil im Tumor-Inneren eine sauerstoffarme Umgebung herrscht, wandern die Bakterien in das Tumorgewebe und setzen hier zielgenau ihre Ladung ab.

Effektivere Chemotherapien

Damit wird die Therapie effektiver, denn viele Wirkstoffe wirken nur deshalb schlecht, weil es schwierig ist, sie zielgerichtet zum Tumor zu transportieren. Das Ergebnis wären effektivere Chemotherapien mit weniger Nebenwirkungen.

Andere Anwendungsgebiete für die Kristalle sind ebenfalls in der Erprobung, da die magnetischen Partikel der Bakterien gegenüber künstlich hergestellten vielfach überlegen sind. Auch in der Arbeitsgruppe um Prof. Schüler werden zusammen mit Kooperationspartnern vielversprechende Ansätze zur Anwendung der bakteriellen Mini-Magnete erforscht, wie zum Beispiel die Entwicklung magnetischer Kontrastmittel für Medizin und Forschung.

 

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