Es ist ein Dilemma der Mikrobiologie: Die interessantesten Bakterien leben oftmals in sehr speziellen Habitaten mit Bedingungen, die sich im Labor nicht nachbilden lassen. Deshalb können diese Mikroorganismen auch nicht im Labor kultiviert und erforscht werden. Unzählige Proteine, die vielleicht großes Potenzial für Medizin oder biotechnologische Anwendungen hätten, entziehen sich so der Entdeckung durch den Menschen. Ein Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) will daran etwas ändern.

Bakterien besiedeln medizinisches Silikon

Wenn die Mikroorganismen nicht im Labor überleben, müssen sie eben in ihrem natürlichen Habitat wachsen: Die Forschenden haben einen speziellen Chip entwickelt, der in das Habitat der Bakterien gegeben werden kann. Dort besiedeln ihn die Mikroorganismen. Nun kann der Chip entfernt und die DNA der Bakterien analysiert werden. Der Clou besteht darin, in den homogenen Silikonchip eine poröse Silikonstruktur zu integrieren. Die Löcher nehmen dann die Mikroorganismen aus der Umgebung auf, gewissermaßen wie ein Schwamm.

„Es ist erstaunlich, dass noch niemand daran gedacht hat, medizinisches Silikon für die bakterielle Ansiedlung zu nutzen“, meint Christof Niemeyer, Professor für chemische Biologie am KIT. Das Material ist leicht zu modifizieren, langlebig, günstig und interagiert nicht mit seiner Umwelt. Dass der Chip grundsätzlich funktioniert, hat das Team zunächst im Labor mit dem etablierten Bakterium Escherichia coli getestet. In unterschiedlichen Habitaten musste der Chip dann beweisen, dass er jeweils innerhalb weniger Tage auch dort lebende Bakterien aufnimmt – mit Erfolg.

Erfolgreiche Tests in unterschiedlichen Habitaten

So konnten die Forschenden aus der Luft einer Hühnerfarm Bakterien der Familie der Actinobacterota identifizieren, Organismen, für die sich die Forschung im Bereich Antibiotika und Krebstherapeutika interessiert. In einem Zuchtbecken für Zander fing der Chip Bakterien einer großen Gruppe von Mikroorganismen ein, die sich bislang hartnäckig der Kultivierung entzogen haben, der sogenannten Candidate Phyla Radiation. „Diese Mikroorganismen machen etwa 70 Prozent der mikrobiellen dunklen Materie aus, da sie bislang nicht kultivierbar sind“, erläutert KIT-Forscherin Anne-Kristin Kaster.