Die faszinierende Welt des Bacillus subtilis
Methusalem, Gärtner, Bodyguard, Enzym- und Stoffwechselfabrik – eine Reise durch die erstaunliche Welt von Bacillus subtilis bis zu einem ganz besonderen Stamm: DSM 21097.
Die meisten Menschen haben noch nie von Bacillus subtilis gehört.
Dabei gehört diese Mikrobe zu jenen unscheinbaren Bewohnern unserer Welt, deren Geschichte weit zurückreicht. Man findet Bacillus subtilis in Böden, auf Pflanzen und in unterschiedlichsten natürlichen Lebensräumen. Gleichzeitig gehört die Art seit Jahrzehnten zu den intensiv untersuchten Mikroorganismen der Wissenschaft.
Doch was macht ausgerechnet dieses Bakterium so interessant?
Es kann sich in eine widerstandsfähige Spore verwandeln. Es produziert Enzyme, Peptide und eine erstaunliche Vielfalt weiterer Stoffwechselprodukte. Es interagiert mit anderen Mikroorganismen und hat Wissenschaftlern als Modellorganismus Einblicke in grundlegende biologische Prozesse ermöglicht.
Und dann gibt es einen Punkt, der außerhalb der Mikrobiologie leicht übersehen wird:
Bacillus subtilis ist nicht gleich Bacillus subtilis.
Innerhalb einer einzigen Art existieren unterschiedliche Stämme mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Einer davon wird uns auf unserer Reise immer wieder begegnen:
Bacillus subtilis DSM 21097.
Eine Mikrobe mit zwei Leben
Eine der faszinierendsten Fähigkeiten von Bacillus subtilis zeigt sich, wenn seine Umwelt ungemütlich wird.
Während viele Bakterien unter ungünstigen Bedingungen irgendwann verschwinden, besitzt Bacillus subtilis eine bemerkenswerte Überlebensstrategie: Er kann eine Endospore bilden.
Aus der aktiven Zelle entsteht dabei eine extrem widerstandsfähige biologische Struktur. Wachstum und Stoffwechsel treten weitgehend in den Hintergrund. Das Leben schaltet gewissermaßen auf einen anderen Modus.
Verbessern sich die Bedingungen wieder, kann aus der Spore erneut eine aktive Zelle hervorgehen.
Genau diese Fähigkeit führte in der Subtiliswelt zu unserer ersten Figur:
der Methusalem-Mikrobe.
Sie steht für eine der erstaunlichsten Eigenschaften von Bacillus subtilis – die Fähigkeit, schwierige Zeiten in einem außergewöhnlich widerstandsfähigen Zustand zu überdauern.
Vom Boden in eine andere Welt
Doch Bacillus subtilis ist nicht nur ein Überlebenskünstler.
Als Umweltmikrobe begegnet er Pflanzen, anderen Bakterien und komplexen mikrobiellen Gemeinschaften. Und damit beginnt eine zweite Geschichte.
Was geschieht, wenn eine solche Mikrobe in ein bereits bestehendes Ökosystem gelangt?
Diese Frage führt uns zum Dünndarm-Gärtner.
Die Bezeichnung ist bewusst eine Metapher. Ein Gärtner ersetzt schließlich nicht den gesamten Garten. Er kommt, verändert Bedingungen, interagiert mit seiner Umgebung – und geht irgendwann wieder.
Auch Bacillus subtilis wird im menschlichen Darm nicht einfach zu einem dauerhaften neuen Bewohner. Gerade das macht die Begegnung interessant.
Statt nur zu fragen, welche Bakterien leben dort?, können wir eine andere Frage stellen:
Was tun Mikroorganismen während der Zeit, in der sie dort sind?
Der unsichtbare Bodyguard
In der mikrobiellen Welt herrscht kein friedliches Nebeneinander.
Mikroorganismen konkurrieren um Raum und Nährstoffe. Sie kommunizieren miteinander, reagieren auf Nachbarn und produzieren Substanzen, die andere Mikroorganismen beeinflussen können.
Bacillus subtilis ist dafür ein besonders interessantes Forschungsobjekt.
Die Art ist für die Bildung zahlreicher bioaktiver Substanzen bekannt. Einige davon spielen bei der Konkurrenz zwischen Mikroorganismen eine Rolle.
Aus dieser Perspektive entstand die nächste Figur der Subtiliswelt:
Nicht als kleiner Wachmann im Darm – sondern als Bild für die erstaunlichen chemischen Strategien, mit denen Mikroorganismen ihre unmittelbare Umgebung beeinflussen.
Eine winzige Enzymfabrik
Noch faszinierender wird Bacillus subtilis, wenn man nicht mehr nur das Bakterium betrachtet, sondern das, was es produziert.
Mikroorganismen sind biochemische Fabriken.
Sie zerlegen Stoffe, bauen neue Moleküle auf und produzieren Enzyme, mit deren Hilfe chemische Reaktionen überhaupt erst möglich oder erheblich beschleunigt werden.
Bacillus subtilis besitzt ein bemerkenswertes enzymatisches Repertoire.
Proteasen können beispielsweise Proteine beziehungsweise Peptide zerlegen. Andere Enzyme wirken auf Kohlenhydrate, Fette oder verschiedene Bestandteile der natürlichen Umgebung.
Plötzlich erscheint das winzige Bakterium in einem völlig anderen Licht.
Nicht mehr nur als Zelle.
Sondern als Enzymfabrik.
Und dahinter wartet eine noch größere Fabrik
Enzyme sind allerdings nur ein Teil der Geschichte.
Der Stoffwechsel eines Bakteriums besteht aus einem komplexen Netzwerk chemischer Reaktionen. Ausgangsstoffe werden aufgenommen, umgewandelt, zerlegt oder zu neuen Verbindungen zusammengesetzt.
Dabei können ganz unterschiedliche Moleküle entstehen.
Peptide. Organische Säuren. Signalmoleküle. Enzyme. Sekundäre Metaboliten und zahlreiche weitere Stoffe.
Welche davon tatsächlich gebildet werden, hängt unter anderem vom Stamm und von den jeweiligen Umweltbedingungen ab.
Damit öffnet sich hinter der Enzymfabrik eine noch größere Welt:
die Stoffwechselfabrik.
Und genau hier wird eine Unterscheidung besonders wichtig.
Ein Artname reicht nicht
„Bacillus subtilis“ bezeichnet eine bakterielle Art.
Doch innerhalb dieser Art existiert eine Vielzahl verschiedener Stämme.
Sie gehören biologisch zur selben Art und können trotzdem unterschiedliche Eigenschaften besitzen.
Das ist in der Mikrobiologie nichts Ungewöhnliches. Trotzdem wird dieser Unterschied in der öffentlichen Diskussion über Mikroorganismen häufig übersehen.
Für wissenschaftliche Aussagen kann deshalb entscheidend sein, welcher konkrete Stamm untersucht wurde.
Und damit erreichen wir einen Namen, der in der Subtiliswelt immer wieder auftauchen wird:
DSM 21097
Bacillus subtilis DSM 21097.
Zunächst wirkt das wie eine wenig einprägsame Kombination aus Buchstaben und Zahlen.
Tatsächlich ermöglicht eine solche Stammbezeichnung aber etwas Entscheidendes: Sie macht aus der allgemeinen Bezeichnung Bacillus subtilis einen konkret identifizierbaren Stamm.
Damit verändert sich auch die Frage.
Nicht mehr nur:
„Was kann Bacillus subtilis?“
Sondern:
„Was wissen wir über diesen Bacillus-subtilis-Stamm?“
Diese Unterscheidung wird uns auf SUBTILA24 noch häufig beschäftigen.
Der Rückkehrer
Es gibt noch eine weitere Perspektive.
Bacillus subtilis ist keine Erfindung moderner Labore. Solche Mikroorganismen gehören zur natürlichen Umwelt des Menschen.
Sie leben in Böden, auf Pflanzen und in Lebensräumen, mit denen Menschen über einen großen Teil ihrer Geschichte wesentlich intensiver in Berührung kamen als heute.
Daraus entstand eine weitere Figur unserer Reise:
Sie führt zu einer größeren Frage, die weit über Bacillus subtilis hinausgeht:
Welche Rolle spielten Umweltmikroorganismen in der Geschichte des Menschen – und wie hat sich unser Kontakt mit ihnen durch moderne Lebensweisen verändert?
Eine einfache Antwort darauf gibt es nicht.
Aber genau deshalb lohnt es sich, diese Frage zu stellen.
Warum eine Subtiliswelt?
Aus all diesen Geschichten entstand schließlich die Subtiliswelt.
Nicht als klassisches Lexikon und auch nicht als eine einzige endlose Abhandlung über ein Bakterium.
Sondern als Reise.
Methusalem → Gärtner → Bodyguard → Enzymfabrik → Stoffwechselfabrik → Rückkehrer → Forschung → DSM 21097
Jede Station betrachtet dieselbe Mikrobe aus einer anderen Perspektive.
Mal geht es um Evolution und Überleben.
Mal um Darmökologie.
Mal um mikrobielle Konkurrenz.
Mal um Enzyme und Stoffwechselprodukte.
Und manchmal führt uns Bacillus subtilis zu Fragen, die zunächst überhaupt nichts mit einem Bodenbakterium zu tun zu haben scheinen.
Zum Beispiel zum Altern.
Zu einem winzigen Fadenwurm namens Caenorhabditis elegans.
Zu außergewöhnlich alten Menschen und ihrem Mikrobiom.
Und zu der Frage, ob wir das Altern vielleicht zu lange ausschließlich als Geschichte unserer eigenen Zellen betrachtet haben.
Das wird eine der nächsten Reisen auf SUBTILA24.
Die Reise beginnt erst
SUBTILA24 wird die einzelnen Stationen der Subtiliswelt nach und nach tiefer beleuchten.
Wir werden Studien lesen, Experimente betrachten, Mikroorganismen kennenlernen und immer wieder versuchen, komplizierte Mikrobiologie so zu erzählen, dass daraus keine Sammlung von Fachbegriffen entsteht, sondern eine verständliche Geschichte.
Dabei wird Bacillus subtilis immer wieder auftauchen.
Als Bodenbakterium.
Als Spore.
Als Modellorganismus der Wissenschaft.
Als Enzymproduzent.
Als Teilnehmer mikrobieller Gemeinschaften.
Und als eine Art, innerhalb derer einzelne Stämme ihre ganz eigene Geschichte besitzen.
Die Subtiliswelt beginnt mit einer winzigen Spore.
Dahinter öffnet sich eine erstaunlich große Welt.
