Ein Schwamm ist eine sehr einfache Möglichkeit, eine mehrstufige Portionierung zu implementieren, um die gesamte mikrobielle Gemeinschaft zu verbessern“, sagt Lingchong You. „Vielleicht ist es deshalb eine wirklich schmutzige Sache – die Struktur eines Schwamms ist einfach ein perfektes Zuhause für Mikroben.

Ihr Küchenschwamm ist ein besserer Inkubator für verschiedene Bakteriengemeinschaften als eine Petrischale im Labor, berichten Forscher.

Es sind nicht nur die eingeschlossenen Reste, die das Füllhorn der herumschwärmenden Mikroben so glücklich und produktiv machen, es ist die Struktur des Schwamms selbst.

„Die Struktur eines Schwamms ist einfach ein perfektes Zuhause für Mikroben.“

In einer Reihe von Experimenten zeigen Forscher, wie unterschiedlich mikrobielle Arten können sich in Abhängigkeit von Faktoren ihres strukturellen Umfelds wie Komplexität und Größe gegenseitig auf die Populationsdynamik auswirken.

Einige Bakterien gedeihen in einer vielfältigen Gemeinschaft, während andere ein Einzeldasein bevorzugen. Und eine physische Umgebung, die es beiden Arten ermöglicht, ihr bestes Leben zu führen, führt zu den stärksten Ebenen der Biodiversität. Der Boden bietet diese Art von optimaler gemischter Wohnumgebung, ebenso wie Ihr Küchenschwamm.

Diese verschiedenen Bakterienarten – jede so konstruiert, dass sie in einer anderen Farbe leuchtet, damit Forscher ihr Wachstum verfolgen können – gedeihen dank ihrer strukturierten Umgebung harmonisch miteinander. (Quelle: Andrea Weiss, Zach Holmes und Yuanchi Ha)

Überlebende der mikrobiellen Gemeinschaft

Die Ergebnisse der neuen Studie legen nahe, dass strukturelle Umgebungen von Industrien berücksichtigt werden sollten, die Bakterien verwenden, um Aufgaben wie die Beseitigung von Umweltverschmutzung oder die Herstellung kommerzieller Produkte zu erfüllen, sagen Forscher.

„Bakterien sind genau wie Menschen, die die Pandemie durchleben – einige finden es schwierig, isoliert zu sein, während andere gedeihen“, sagt Lingchong You, Professor für Biomedizintechnik an der Duke University.

„Wir haben gezeigt, dass es in einer komplexen Gemeinschaft, die sowohl positive als auch negative Wechselwirkungen zwischen den Arten gibt, ein mittleres Maß an Integration gibt, das ihre allgemeine Koexistenz maximiert.“

Mikrobielle Gemeinschaften vermischen sich in unterschiedlichem Maße in der Natur. Der Boden bietet viele Ecken und Winkel, in denen verschiedene Populationen ohne viel Interaktion mit ihren Nachbarn wachsen können. Dasselbe gilt für einzelne Wassertropfen auf den Blattspitzen.

Aber wenn Menschen viele Bakterienarten zu einem strukturlosen Brei zusammenwerfen, um Waren wie Alkohol herzustellen, Biotreibstoff, und Medikamente, es ist normalerweise auf einem Teller oder sogar einem großen Bottich. In ihren Experimenten zeigen You und Kollegen, warum diese industriellen Bemühungen sinnvoll sein können, einen strukturellen Ansatz für ihre Herstellungsbemühungen zu wählen.

Die Forscher barcodierten etwa 80 verschiedene Stämme von E. coli damit sie ihr Bevölkerungswachstum verfolgen können. Dann mischten sie die Bakterien in verschiedenen Kombinationen auf Laborwachstumsplatten mit einer Vielzahl von potenziellen Lebensräumen, die von sechs großen Vertiefungen bis zu 1,536 winzigen Vertiefungen reichten.

Die großen Brunnen ähnelten Umgebungen, in denen sich mikrobielle Arten frei vermischen können, während die kleinen Brunnen Räume nachahmten, in denen Arten für sich bleiben konnten.

„Die kleine Portionierung schadet wirklich den Arten, die auf Interaktionen mit anderen Arten angewiesen sind, um zu überleben, während die große Portionierung die Mitglieder eliminiert, die unter diesen Interaktionen leiden (die Einzelgänger)“, sagt You. „Aber die Zwischenportionierung ermöglichte eine maximale Vielfalt an Überlebenden in der mikrobiellen Gemeinschaft.“

Küchenschwämme: Ein gemütliches Zuhause für Mikroben

Die Ergebnisse schaffen einen Rahmen für Forscher, die mit verschiedenen Bakteriengemeinschaften arbeiten, um zu testen, welche strukturellen Umgebungen für ihre Zwecke am besten geeignet sind, sagt You. Sie weisen auch darauf hin, warum ein Küchenschwamm so nützlich ist Lebensraum für Mikroben. Es ahmt die unterschiedlichen Trennungsgrade nach, die in gesundem Boden zu finden sind, und bietet verschiedene Trennungsschichten in Kombination mit unterschiedlich großen Gemeinschaftsräumen.

Um dies zu beweisen, führten die Forscher ihr Experiment auch mit einem Streifen eines normalen Haushaltsschwamms durch. Die Ergebnisse zeigten, dass es ein noch besserer Inkubator für die mikrobielle Vielfalt ist als alle von ihnen getesteten Laborgeräte.

„Wie sich herausstellt, ist ein Schwamm eine sehr einfache Möglichkeit, eine mehrstufige Portionierung zu implementieren, um die gesamte mikrobielle Gemeinschaft zu verbessern“, sagt You. „Vielleicht ist es deshalb ein wirklich schmutziges Ding – die Struktur eines Schwamms ist einfach ein perfektes Zuhause für Mikroben.“

Die Ergebnisse erscheinen in Natur Chemische Biologie.

Über die Autoren

Die Arbeit wurde von den National Institutes of Health, der National Science Foundation, dem Office of Naval Research und dem Army Research Office finanziert.

Quelle: Duke University