Menschen,Tiere, Pflanzen und Einzeller – alle nutzen kleine Biomoleküle als Signalstoffe, um Botschaften auszusenden oder Reaktionen auszulösen. „Mikroorganismen produzieren eine Vielzahl solcher Stoffe und wir beginnen gerade erst, diese Sprache zu verstehen“, schildert Axel Brakhage, Direktor des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie und Professor an der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Als besonders kommunikationsfähig sind ihm und seiner Arbeitsgruppe Vertreter der Bakteriengattung Streptomyces aufgefallen.

Auslöser von Symbiosen, Gestaltwandel und Biofilmbildung

Das weit verbreitete Bodenbakterium produziert eine Vielzahl unterschiedlicher Arginoketide. Diese Naturstoffe sind zum einen oftmals potenzielle Antibiotika oder wirksam gegen Krebszellen. Zum anderen hat sich gezeigt, dass diese von vielen Organismen gebildeten Stoffe häufig in anderen Organismen Reaktionen auslösen, die dort sonst nicht zu beobachten sind: Ein Pilz geht plötzlich mit einer Grünalge eine Symbiose ein, ein anderer Pilz ändert seine Gestalt oder ein Bakterium bildet auf einmal einen Biofilm.

„In vorherigen Studien haben wir bereits gesehen, dass der Pilz Aspergillus nidulans manche Stoffe nur in Anwesenheit von Streptomyzeten produziert“, berichtet Maria Stroe, Erstautorin einer Studie zu diesem Thema im Fachjournal „Nature Micobiology“. Dahinter steckte das Arginoketid Azalomycin F. In weiteren Experimenten führten auch andere Arginoketide des Bakteriums zu ungewöhnlichen Reaktionen des Pilzes. „Wir haben deswegen vermutet, dass wir möglicherweise einen generellen Mechanismus der mikrobiellen Kommunikation gefunden haben“, folgert Lukas Zehner, der ebenfalls an der Studie beteiligt war.

Ansatz für den biologischen Pflanzenschutz

Der beobachtete Effekt ist dabei nicht auf A. nigulans begrenzt. Eine Vielzahl von Pilzen bildet in Gegenwart von Streptomyces iranensis Biomoleküle, die sie sonst nicht produzieren. Hinderten die Forschenden das Bakterium gentechnisch daran, Arginoketide zu bilden, blieben die Reaktionen der Pilze aus.

„Wir versuchen nun zu verstehen, welche Auswirkungen die Produktion von Arginoketiden selbst und auch die dann in einer zweiten Welle produzierten Substanzen aus Pilzen auf die Zusammensetzung von mikrobiellen Gemeinschaften, den Mikrobiomen, haben“, erläutert Studienleiter Brakhage. Neben theoretischem Verständnis der mikrobiellen Gemeinschaften und der Evolution könnte das auch praktischen Nutzen haben: Unter anderem hemmt A. nigulans einen Pilz, der Erreger einer Pflanzenkrankheit ist. Vielleicht liegt hier ein Ansatz für den biologischen Pflanzenschutz.

bl