> ## Content Index > Fetch the complete content index at: https://www.subtila24.de/llms.txt > Use this file to discover other available public pages before exploring further. # Kann Bacillus subtilis mit uns sprechen? - URL: https://www.subtila24.de/kann-bacillus-subtilis-mit-uns-sprechen/ - Published: 2026-08-24T13:48:36.000Z - Updated: 2026-09-08T19:58:05.000Z - Description: Kann ein Bakterium kommunizieren? Bacillus subtilis tauscht chemische und elektrische Signale aus, bildet komplexe Gemeinschaften und hinterlässt sogar Spuren, die menschliche Zellen erreichen können. Eine Reise in eine Welt biologischer Information, die lange vor unserer Sprache begann. - Author: Andreas W. Kraus - Tags: News *Bacillus subtilis* besitzt keine Stimme, keine Ohren und kein Nervensystem. Trotzdem kann dieses nur wenige Mikrometer kleine Lebewesen etwas Erstaunliches: **Es kann feststellen, dass andere da sind.** Eine einzelne Zelle kann ihre Nachbarn nicht sehen. Sie kann sie nicht zählen und natürlich auch nicht rufen. Trotzdem verändert sich ihr Verhalten, wenn genügend andere *Bacillus-subtilis*\-Zellen in ihrer Umgebung leben. Woher bekommt sie diese Information? Die Antwort beginnt mit etwas Winzigem: **einem Molekül.** Stellen wir uns eine einzelne Zelle in ihrer mikroskopischen Welt vor. Sie gibt ein Signalmolekül in ihre Umgebung ab. Dort verteilt es sich und bleibt zunächst nur eine schwache chemische Spur. Dann kommt eine zweite Zelle hinzu und hinterlässt dieselbe Spur. Eine dritte. Hundert. Tausend. Schließlich Millionen. Keine von ihnen muss zählen können. Keine muss wissen, wo die anderen sitzen. Mit jeder weiteren Zelle verändert sich einfach die chemische Landschaft, in der alle gemeinsam leben. Irgendwann ist eine Schwelle erreicht. Die Zelle hat keinen ihrer Nachbarn gesehen. Stattdessen geschieht etwas viel Eleganteres: **Sie liest die Spuren, die alle gemeinsam in ihrer Welt hinterlassen haben.** Bei *Bacillus subtilis* gehört zu diesen Spuren ein Signalmolekül namens **ComX**. Ein Sensor in der Zellmembran kann darauf reagieren und im Inneren der Zelle eine Signalkette in Gang setzen. Was draußen geschieht, verändert dadurch, was drinnen geschieht. Die Wissenschaft nennt dieses Prinzip **Quorum Sensing**. Der Begriff klingt technisch. Der Gedanke dahinter ist erstaunlich einfach: Zellen verändern ihre Umgebung, andere Zellen tun dasselbe, und irgendwann enthält diese gemeinsam veränderte Umgebung Information darüber, wie dicht die Population geworden ist. Was eine Bakterienzelle dabei tatsächlich „weiß“, ist eine andere Frage. Wir können messen, welche Moleküle sie wahrnimmt, welche Signalwege darauf reagieren, welche Gene anschließend anders reguliert werden und wie sich ihr Verhalten verändert. Ob es darüber hinaus irgendeine Form inneren Erlebens gibt, können solche Experimente nicht beantworten. Für unsere Geschichte genügt zunächst das Beobachtbare. **Information ist von einer Zelle bei einer anderen angekommen.** Ob man das bereits „sprechen“ nennen möchte, können wir für den Moment offenlassen. Bevor wir fragen, ob *Bacillus subtilis* möglicherweise sogar mit völlig anderen Lebewesen Informationen austauscht, sollten wir erst herausfinden, was innerhalb seiner eigenen Welt geschieht. Denn dort wartet bereits die nächste Überraschung. Wenn viele genetisch sehr ähnliche *Bacillus-subtilis*\-Zellen dieselben Signale wahrnehmen, könnte man erwarten, dass sie anschließend ungefähr dasselbe tun. **Genau das tun sie nicht.** **Wenn Gleiche plötzlich Unterschiedliches tun** Auf den ersten Blick müsste eine Gemeinschaft von *Bacillus subtilis* ein ziemlich eintöniger Ort sein. Viele ihrer Zellen sind genetisch nahezu identisch, leben dicht beieinander und teilen dieselbe unmittelbare Umgebung. Eigentlich müsste sich eine verhalten wie die andere. Doch genau hier beginnt unser vertrautes Bild vom Bakterium zu zerbrechen. Innerhalb einer Population können unterschiedliche Zellzustände nebeneinander entstehen. Manche Zellen bleiben beweglich und erkunden ihre Umgebung. Andere beginnen, Bestandteile einer extrazellulären Matrix herzustellen. Wieder andere werden **kompetent** – sie bauen eine molekulare Maschinerie auf, mit der sie freie DNA aus ihrer Umgebung aufnehmen können. Unter entsprechenden Bedingungen schlägt ein Teil der Population schließlich einen noch radikaleren Weg ein und bereitet die Bildung einer Spore vor. Genetisch sehr ähnliche Zellen können also vollkommen unterschiedliche biologische Programme aktivieren. Dahinter steckt kein einfacher Schalter, sondern ein Geflecht aus Signalen, Rückkopplungen und Schwellenwerten. Selbst kleine Unterschiede zwischen einzelnen Zellen können beeinflussen, welcher Zustand entsteht und wie lange er bestehen bleibt. Für die Gemeinschaft hat das eine bemerkenswerte Konsequenz: **Nicht jede Zelle muss alles gleichzeitig tun.** Eine Population kann dadurch Fähigkeiten entwickeln, die auf verschiedene Mitglieder verteilt sind. Wir kennen dieses Prinzip aus unserer eigenen Welt so gut, dass wir kaum darüber nachdenken. In einem Orchester spielt nicht jeder Musiker jedes Instrument. Unser eigener Körper könnte nicht funktionieren, wenn jede Zelle gleichzeitig Nervenzelle, Muskelzelle, Hautzelle und Darmzelle sein wollte. Natürlich ist eine Bakteriengemeinschaft weder ein Orchester noch ein menschlicher Körper. Trotzdem verwenden Mikrobiologen für das, was bei *Bacillus subtilis* beobachtet wird, tatsächlich einen bemerkenswerten Begriff: **Arbeitsteilung.** Damit ist keine zentral organisierte Aufgabenverteilung gemeint. Beobachten lassen sich vielmehr unterschiedliche Zellzustände und Leistungen, deren Zusammenspiel der Gemeinschaft als Ganzes Eigenschaften verleihen kann, die eine einzelne Zelle allein nicht besitzt. Was eine einzelne Zelle davon „weiß“, können wir nicht sagen. Was sie **tut**, dagegen schon. Und das wird besonders sichtbar, sobald *Bacillus subtilis* beginnt, seine eigene Umgebung zu bauen. **Eine Gemeinschaft baut sich ihre eigene Welt** Wenn *Bacillus subtilis* einen Biofilm bildet, produzieren Teile der Population eine **extrazelluläre Matrix**. Man könnte sie zunächst für bloßen mikrobiellen Schleim halten. Tatsächlich ist sie ein von den Zellen selbst geschaffenes Material, das die Gemeinschaft zusammenhält und ihre räumliche Organisation mitprägt. Beim besonders gut untersuchten Stamm NCIB 3610 gehören dazu unter anderem ein Exopolysaccharid und Matrixproteine wie TasA. Und hier wird die Arbeitsteilung noch erstaunlicher: Selbst die Herstellung verschiedener Bestandteile dieser gemeinsamen Matrix kann innerhalb einer Population auf unterschiedliche Zellen verteilt sein. Experimente zeigen, dass eine solche Aufteilung unter bestimmten Bedingungen sogar effizienter sein kann, als wenn jede beteiligte Zelle alles selbst produziert. Damit geschieht etwas, das wir uns merken sollten. Eine Zelle stellt Material her und gibt es nach außen ab. Dort wird es Teil einer Struktur, die nicht nur diese eine Zelle umgibt. Andere leben ebenfalls darin und können von Eigenschaften dieser gemeinsam erzeugten Umgebung profitieren. Aus unzähligen lokalen Vorgängen entsteht etwas, das keine einzelne Zelle allein hervorbringen könnte: **eine gemeinsame Welt.** Und diese Welt wirkt zurück auf ihre Erbauer. Zellen verändern ihre Umgebung – und die veränderte Umgebung beeinflusst wiederum, was die Zellen tun. Es ist eine Rückkopplung, die uns noch mehrfach begegnen wird. Doch bisher betrachten wir sie von außen. Wir sehen Zellen. Wir sehen Matrix. Wir geben dem Ganzen einen Namen: Biofilm. Das reicht nicht. Wenn wir verstehen wollen, was dort tatsächlich geschieht, müssen wir unsere Größenordnung verlassen. **Wir müssen hinein.** **Willkommen im Schleim** Wer zum ersten Mal japanisches Natto sieht, könnte zu dem Schluss kommen, dass die Menschheit beim Thema Frühstück irgendwann einen ungewöhnlich mutigen Weg eingeschlagen hat. Die fermentierten Sojabohnen sind von einer klebrigen, fadenziehenden Masse überzogen. Hebt man einige Bohnen mit den Stäbchen an, ziehen sich lange Fäden hinter ihnen her. Dazu kommt ein charakteristischer Geruch, der ebenfalls nicht unbedingt versucht, Anfänger behutsam an dieses Lebensmittel heranzuführen. An der Fermentation beteiligt ist *Bacillus subtilis* var. *natto*. Man muss Natto weder kennen noch mögen, um daran etwas Faszinierendes zu entdecken. Es genügt, für einen Moment aufzuhören, den Schleim mit menschlichen Augen zu betrachten. Für uns ist er eine klebrige Masse. Für Bakterien kann eine selbst produzierte Matrix **Lebensraum** sein. Und jetzt machen wir etwas, das nur in unserer Vorstellung möglich ist: Wir schrumpfen. Nicht ein bisschen, sondern so weit, bis wenige Mikrometer zu Entfernungen werden, die wir uns vorstellen können. Bis eine einzelne *Bacillus-subtilis*\-Zelle neben uns nicht länger ein unsichtbarer Punkt ist, sondern ein Bewohner einer Landschaft. Dann gehen wir hinein. Was eben noch wie eine gleichförmige Schicht aussah, verliert plötzlich seine Gleichförmigkeit. Ein reifer *B.-subtilis*\-Biofilm kann komplexe dreidimensionale Strukturen mit Falten und Erhebungen bilden. Ihre Entstehung hängt mit Wachstum, Matrixproduktion und physikalischen Kräften innerhalb der Gemeinschaft zusammen. Solche Strukturen können zugleich die Oberfläche des Biofilms vergrößern. Natürlich sind diese Erhebungen keine Berge. Aber wenn wir für einen Moment unsere Größenordnung vergessen, dürfen wir sie uns so vorstellen. Zwischen ihnen leben Zellen, umgeben von Matrix. Moleküle diffundieren durch diese Welt, Nährstoffe werden verbraucht, Stoffwechselprodukte entstehen. Sauerstoff, Ionen und andere Stoffe müssen dabei keineswegs überall in gleicher Konzentration vorhanden sein. Was für uns nur wenige Mikrometer Entfernung sind, kann für eine Bakterienzelle deshalb eine andere chemische Nachbarschaft bedeuten. Die Landschaft besitzt gewissermaßen **Mikroklimata aus Chemie**. Und ihre Bewohner reagieren darauf. Spätestens jetzt wird das Wort „Schleim“ dieser Welt nicht mehr gerecht. Die Matrix ist nicht einfach Verpackungsmaterial um eine Ansammlung von Bakterien. Sie beeinflusst die mechanischen Eigenschaften des Biofilms, hält Bestandteile zusammen, verändert die unmittelbare Umgebung seiner Bewohner und kann gemeinschaftlich produzierte Moleküle räumlich zurückhalten. Zellen gestalten die Matrix, und die Matrix verändert wiederum die Bedingungen, unter denen die Zellen leben. Von außen sehen wir einen Belag. Von innen betrachtet entsteht eine **Geografie**. Und diese Geografie hat Konsequenzen. **Das Problem im Inneren** Eine wachsende Gemeinschaft stößt irgendwann auf ein Problem, das sich überall dort ergibt, wo viele Lebewesen dieselben Ressourcen benötigen: **Nicht überall ist gleich viel davon verfügbar.** Solange ein Biofilm klein ist, fällt das kaum ins Gewicht. Doch er wächst. Immer mehr Zellen benötigen Nährstoffe, während unterschiedliche Bereiche der Gemeinschaft unterschiedlich gut an die Umgebung angebunden sind. Was am Rand reichlich vorhanden ist, kann weiter innen knapp werden. Bei *Bacillus subtilis* führte genau dieses Problem zu einer der erstaunlichsten Entdeckungen der modernen Biofilmforschung. Große Biofilme können in ihrem Wachstum und Stoffwechsel **oszillieren**. Sie wachsen nicht einfach mit gleichbleibender Geschwindigkeit weiter. Phasen stärkeren Wachstums wechseln mit Phasen geringerer Aktivität. Dahinter steckt unter anderem ein metabolischer Konflikt zwischen räumlich getrennten Bereichen des Biofilms, bei dem die Verfügbarkeit von Glutamat eine entscheidende Rolle spielt. Stark vereinfacht lässt sich das Problem so vorstellen: Die Zellen am Rand haben guten Zugang zu Nährstoffen und wachsen. Aber Wachstum verbraucht Ressourcen. Je stärker die äußeren Zellen wachsen, desto schwieriger kann die Versorgung weiter innen werden. Geraten dort Zellen unter metabolischen Stress, wäre es für die Gemeinschaft von Vorteil, wenn diese Information irgendwie den Rand erreichen könnte. Denn wächst er ungebremst weiter, verschärft sich das Problem im Inneren. Für einen menschlichen Körper wäre eine solche Fernkommunikation nichts Ungewöhnliches. Gewebe tauschen Informationen über Hormone, Nerven, Blutkreislauf und zahlreiche weitere Systeme aus. Ein *Bacillus*\-Biofilm besitzt all das nicht. Es gibt keinen Blutkreislauf und kein bekanntes zentrales Steuerorgan, das den Zellen am Rand eine Anweisung übermittelt. Und trotzdem erreicht sie eine Information. An diesem Punkt stießen Forscher auf einen Mechanismus, der unser Bild bakterieller Kommunikation erheblich erweitert hat. Die Zellen im Inneren schicken nämlich nicht einfach ein weiteres Quorum-Sensing-Molekül auf die Reise. **Sie verändern die elektrische Umgebung.** **Eine Nachricht aus der Tiefe** Geraten Zellen im Inneren des Biofilms unter Glutamatmangel, verändert sich ihr Stoffwechsel. Dabei spielt ein Kaliumkanal namens **YugO** eine entscheidende Rolle. Kaliumionen gelangen in den extrazellulären Raum und verändern dort die elektrochemischen Bedingungen. Kalium klingt zunächst nicht besonders nach einer Nachricht. Es ist ein Ion, ein elektrisch geladenes Teilchen. Aber gerade darin liegt der entscheidende Punkt: Verändert sich die Kaliumkonzentration außerhalb einer Zelle, kann sich auch ihr Membranpotential verändern. Das wiederum beeinflusst benachbarte Zellen. Auf diese Weise kann sich eine Veränderung durch den Biofilm fortpflanzen. Und diesmal ist „elektrisch“ keine Metapher. **Die Veränderung ist messbar elektrisch.** 2015 beschrieben Forscher in *Nature* solche langreichweitigen elektrischen Signale in *Bacillus-subtilis*\-Biofilmen. Kalium vermittelte dabei eine Kopplung zwischen metabolischen Zuständen räumlich getrennter Zellen. Ein lokales Problem konnte dadurch Auswirkungen weit entfernt von seinem Entstehungsort entfalten. Man kann sich den Vorgang wie eine Welle vorstellen. Tief im Inneren geraten Zellen metabolisch unter Druck. Ihr Zustand beeinflusst den Kaliumfluss. Die veränderte extrazelluläre Kaliumkonzentration beeinflusst wiederum das Membranpotential anderer Zellen, und die Veränderung pflanzt sich durch die Gemeinschaft fort. Am Rand kann sich daraufhin der Stoffwechsel und damit das Wachstum verändern. **Das Zentrum hat den Rand erreicht.** Und hier liegt eine Analogie, die faszinierend ist, solange wir ihre Grenzen nicht vergessen. Auch unsere Nervenzellen nutzen Ionen und Veränderungen des Membranpotentials, um elektrische Signale zu erzeugen und weiterzugeben. Ein bakterieller Biofilm besitzt deshalb noch lange kein Nervensystem, und aus einer Kaliumwelle dürfen wir keinen „bakteriellen Gedanken“ machen. Was wir aber sagen können, ist mindestens ebenso erstaunlich: **Lebende Zellen nutzten elektrische Zustände zur Informationsübertragung lange bevor Gehirne entstanden.** Elektrische Kommunikation ist also keine Erfindung des menschlichen Nervensystems. Ihre biologischen Grundprinzipien reichen sehr viel tiefer in die Geschichte des Lebens. Damit könnte dieser Teil unserer Reise eigentlich seinen Höhepunkt erreicht haben. Eine Gemeinschaft einzelliger Organismen koordiniert räumlich getrennte Bereiche mithilfe elektrischer Signale – das allein wäre bereits bemerkenswert genug. Doch dann stellten Forscher eine naheliegende Frage. Was passiert am Rand? Bis hierher befinden sich Sender und Empfänger innerhalb desselben Biofilms. Aber eine elektrische Veränderung kennt unsere begriffliche Grenze zwischen „Gemeinschaft“ und „Außenwelt“ nicht. Kaliumionen wissen nicht, wo ein Biofilm endet. Also müsste man nur ausprobieren, ob Zellen **außerhalb** der Gemeinschaft ebenfalls darauf reagieren. Genau das wurde getan. Und damit wurde die Geschichte noch merkwürdiger. **Denn am Rand des Biofilms hörte die Unterhaltung nicht auf.** **Der Ruf über die Grenze** Forscher gingen noch einen Schritt weiter. Sie wollten wissen, ob die elektrischen Signale eines *Bacillus-subtilis*\-Biofilms auch Zellen beeinflussen können, die sich außerhalb der Gemeinschaft befinden. Die Antwort war eindeutig: **Sie konnten es.** Kaliumsignale aus dem Biofilm veränderten das Membranpotential frei schwimmender Zellen in der Umgebung und beeinflussten ihr Schwimmverhalten. Die Zellen bewegten sich in Richtung des Biofilms. Eine Gemeinschaft konnte also über ihre unmittelbare Grenze hinaus auf Organismen einwirken, die noch gar nicht zu ihr gehörten. Das allein wäre bereits bemerkenswert gewesen. Doch die Forscher machten noch einen Versuch. Sie verwendeten nicht nur *Bacillus subtilis*, sondern auch **Pseudomonas aeruginosa** – ein Bakterium, das evolutionär weit von *B. subtilis* entfernt ist und ganz andere chemische Kommunikationssysteme besitzt. Auch *Pseudomonas* reagierte. Das elektrische Kaliumsignal veränderte sein Membranpotential und beeinflusste sein Bewegungsverhalten. Die Zellen wurden in Richtung des Biofilms gelenkt, wodurch ihre Einbindung in die Gemeinschaft begünstigt werden konnte. Damit eröffnet sich eine faszinierende Möglichkeit. Chemische Kommunikationssysteme können ausgesprochen spezifisch sein: Ein Molekül muss erkannt werden, und dafür benötigt die Zelle einen passenden Sensor. Man könnte solche Systeme vorsichtig mit Dialekten vergleichen. Wer den entsprechenden molekularen „Empfänger“ nicht besitzt, hört das Signal nicht auf dieselbe Weise. Elektrizität liegt auf einer fundamentaleren Ebene. Membranpotentiale gehören zu den grundlegenden Eigenschaften lebender Zellen. Vielleicht ist Kalium deshalb weniger mit einem Wort vergleichbar als mit einem **Ton** – einem physikalischen Ereignis, auf das sehr unterschiedliche biologische Systeme reagieren können. Auch dieses Bild hat Grenzen. Nicht jedes Bakterium muss auf ein solches Signal gleich reagieren, und aus diesen Experimenten folgt keineswegs eine universelle elektrische Sprache der Mikroben. Aber etwas Entscheidendes haben wir inzwischen gelernt: Die Subtiliswelt besitzt mehr als eine Möglichkeit, Information zu übertragen. Chemische Moleküle können Signale tragen, elektrische Zustände können sich räumlich fortpflanzen – und diese elektrische Wirkung kann sogar eine Artgrenze überschreiten. Dabei wollten wir am Anfang lediglich wissen, woher eine einzelne *Bacillus-subtilis*\-Zelle die Information bekommt, dass andere da sind. Nun stehen wir in einer Gemeinschaft, deren Inneres seinen metabolischen Zustand über weite Strecken bis zum Rand vermitteln kann und deren elektrische Signale sogar fremde Bakterien erreichen. Das wäre bereits erstaunlich genug. Doch bisher haben wir Information nur in einer Richtung verfolgt: **durch den Raum.** Die Subtiliswelt kennt noch eine zweite. **Durch die Zeit.** **Kann eine Zelle Vergangenheit besitzen?** Information durch den Raum können wir uns inzwischen vorstellen. Ein Molekül diffundiert, ein Ion verändert ein Membranpotential, eine andere Zelle reagiert. Aber was geschieht, wenn das Signal längst verschwunden ist? Müsste damit nicht auch seine Wirkung enden? Nicht unbedingt. Stellen wir uns zwei *Bacillus-subtilis*\-Zellen vor, die in diesem Augenblick unter nahezu identischen Bedingungen leben: gleiche Temperatur, gleiche Nährstoffe, gleiche chemische Umgebung. Trotzdem können sie unterschiedlich reagieren, weil ihre **Vorgeschichte** unterschiedlich war. Was einer Zelle zuvor begegnet ist, kann ihren gegenwärtigen molekularen Zustand verändert haben. Bestimmte Proteine können noch vorhanden sein, regulatorische Netzwerke können in unterschiedlichen Zuständen verharren, Schwellenwerte können früher oder später erreicht werden. Was gestern geschah, kann damit beeinflussen, was heute geschieht. Die Gegenwart einer Zelle besteht also nicht ausschließlich aus ihrer gegenwärtigen Umgebung. In ihrem molekularen Zustand können **Spuren der Vergangenheit** enthalten sein. In der Biologie begegnen uns dafür Begriffe wie **Hysterese** und *phenotypic memory* – phänotypisches Gedächtnis. Das Wort „Gedächtnis“ sollten wir dabei nicht mit menschlicher Erinnerung verwechseln. Es beschreibt zunächst etwas experimentell Greifbares: Ein früherer Zustand kann beeinflussen, wie ein biologisches System später auf einen Reiz reagiert. Ein besonders eindrucksvolles Beispiel bei *Bacillus subtilis* ist die **Kompetenz**. Kompetente Zellen befinden sich vorübergehend in einem außergewöhnlichen Zustand, in dem sie eine molekulare Maschinerie zur Aufnahme freier DNA aus ihrer Umgebung aufbauen. Eine zentrale Rolle spielt dabei der Regulator **ComK**. ComK ist Teil eines Regulationssystems mit positiver Rückkopplung. Vereinfacht gesagt kann ein einmal erreichter Zustand dadurch eine gewisse Zeit stabilisiert werden. Die Zelle reagiert also nicht wie ein Lichtschalter, der mit dem Verschwinden eines Signals augenblicklich wieder auf null springt. Ihr gegenwärtiger Zustand trägt noch etwas von dem in sich, was zuvor geschehen ist. Die Vergangenheit liegt nicht irgendwo außerhalb der Zelle. **Sie steckt in ihrem gegenwärtigen molekularen Zustand.** Und damit stellt sich eine neue Frage: Was geschieht mit solchen Spuren, wenn aus einer Zelle zwei werden? **Wenn die Tochter eine Vergangenheit erbt** Bei der Teilung einer Bakterienzelle wird nicht nur ihre DNA kopiert. Auch Proteine, RNA, Metabolite und andere Zellbestandteile werden auf die entstehenden Tochterzellen verteilt. Eine Tochterzelle beginnt deshalb nicht als vollkommen leere Maschine, die lediglich eine Kopie des Genoms erhalten hat. Sie übernimmt eine **molekulare Ausgangslage**. Damit können Folgen eines früheren physiologischen Zustands zumindest zeitweise über eine Zellteilung hinweg nachwirken. Solche nicht-genetischen Erinnerungsphänomene werden bei Bakterien intensiv untersucht, weil sie dazu führen können, dass genetisch ähnliche Zellen auf spätere Umweltbedingungen unterschiedlich reagieren. Die Vergangenheit kann also weitergegeben werden, ohne dass dafür ein einziger Buchstabe der DNA verändert werden muss. Bei *Bacillus subtilis* bekommt dieser Gedanke jedoch noch eine andere Dimension. Denn unter bestimmten Bedingungen entsteht aus einer vegetativen Zelle nicht einfach nur die nächste Generation. Es entsteht eine Struktur, die gebaut wurde, um Zeit zu überstehen: **eine Spore.** **Was eine Spore mit in den Schlaf nimmt** Wenn die Bedingungen schwierig werden, kann *Bacillus subtilis* sporulieren. Dabei entsteht keine verkümmerte oder einfach nur „schlafende“ Bakterienzelle, sondern eine hoch spezialisierte Dauerform. Die spätere Spore wird innerhalb der Mutterzelle aufgebaut, erhält mehrere Schutzschichten, verliert einen großen Teil ihres Wassers und reduziert ihre Stoffwechselaktivität auf ein extremes Minimum. Am Ende zerfällt die Mutterzelle und gibt die reife Spore frei. Was bleibt, ist ein biologisches Gebilde, das Hitze, Austrocknung und zahlreiche andere Belastungen wesentlich besser überstehen kann als die vegetative Zelle, aus der es hervorgegangen ist. Treffen irgendwann wieder geeignete Bedingungen ein, kann die Spore keimen. Aus scheinbarer Ruhe entsteht erneut eine wachsende Zelle. Man könnte sich diesen Vorgang wie einen biologischen Reset vorstellen: Die alte Welt endet, die Spore überdauert, irgendwann beginnt eine neue. Doch dieser Reset ist nicht vollständig. Experimente mit *Bacillus subtilis* zeigen, dass die Bedingungen während der Sporenbildung Eigenschaften der späteren Spore beeinflussen können. Temperatur, Nährstoffsituation und weitere Umweltfaktoren während der Sporulation können sich beispielsweise auf ihre Keimung auswirken. Ein Teil solcher Unterschiede lässt sich darauf zurückführen, welche molekularen Komponenten während ihrer Entstehung in welcher Menge in die Spore eingebaut wurden. Damit trägt die Spore nicht nur ihre DNA durch die Zeit. **Sie kann molekulare Folgen der Welt mitnehmen, in der sie entstanden ist.** Stellen wir uns zwei Sporen nebeneinander vor. Sie könnten äußerlich nahezu identisch aussehen und dieselbe genetische Information besitzen. Beide befinden sich in einem Zustand extremer biologischer Ruhe. Trotzdem müssen sie nicht dieselbe Geschichte haben. Die eine könnte bei einer anderen Temperatur entstanden sein, unter einer anderen Nährstofflage oder unter anderen Bedingungen als die zweite. Diese Unterschiede während ihrer Entstehung können Spuren in ihrer molekularen Ausstattung hinterlassen. Und wenn beide sehr viel später wieder auf günstige Bedingungen treffen, kann diese alte Geschichte beeinflussen, wie sie erwachen. Das ist der faszinierende Kern dieses Phänomens: Zwischen Ursache und Wirkung kann eine Phase liegen, in der das Leben auf ein kaum vorstellbares Minimum reduziert wurde. Und trotzdem ist nicht alles verloren gegangen. **Vergangenheit kann Zukunft verändern, obwohl dazwischen biologische Ruhe liegt.** Damit besitzt unsere Subtiliswelt plötzlich etwas, das wir am Anfang unserer Reise noch gar nicht gesucht hatten: **eine Geschichte.** **Doch was, wenn die Vergangenheit gar nicht die eigene ist?** Bis hierher gehörte jede Form von Vergangenheit letztlich derselben biologischen Linie. Eine Zelle erlebt bestimmte Bedingungen, ihr molekularer Zustand verändert sich, und Spuren davon können möglicherweise in ihren Nachkommen oder sogar in einer später keimenden Spore weiterwirken. Doch *Bacillus subtilis* besitzt noch eine Fähigkeit, die unsere Vorstellung von biologischer Information erneut verschiebt: Manche seiner Zellen können **kompetent** werden. Das Wort klingt zunächst nach einer Auszeichnung. In der Mikrobiologie bedeutet es etwas sehr Konkretes. Eine kompetente Zelle baut eine molekulare Maschinerie auf, mit der sie freie DNA aus ihrer Umgebung aufnehmen kann. Dabei wird DNA außerhalb der Zelle zunächst gebunden. Während der Aufnahme wird einer der beiden Stränge der Doppelhelix abgebaut, während der andere als Einzelstrang durch einen Membrankanal ins Zellinnere gelangt. Dort übernehmen Proteine wie DprA und RecA. Findet sich eine ausreichend ähnliche Sequenz im eigenen Chromosom, kann fremde DNA durch homologe Rekombination in das Genom eingebaut werden. Man sollte einen Moment bei diesem Vorgang bleiben. Außerhalb einer Zelle liegt ein Stück DNA, das zuvor zu einem anderen Organismus gehörte. Dann gelangt ein Teil dieser genetischen Information in eine lebende *Bacillus*\-Zelle. Unter geeigneten Voraussetzungen wird sie Bestandteil ihres eigenen Chromosoms – und kann von dort aus später an deren Nachkommen weitergegeben werden. Eine Information, die gestern noch Teil eines anderen Organismus war, kann damit morgen Teil einer neuen Abstammungslinie sein. Doch wie gelangt diese DNA überhaupt nach draußen? Die Antwort führt uns an eine weniger friedliche Grenze der Subtiliswelt. **Was vom Verlierer übrig bleibt** *Bacillus subtilis* lebt in der Natur nicht ausschließlich unter seinesgleichen. In Böden, an Pflanzen, auf Oberflächen und im Verdauungstrakt begegnen Mikroorganismen ständig anderen Mikroorganismen. Manche sind mögliche Partner, andere Konkurrenten. Und selbst zwei Stämme derselben Art müssen sich keineswegs friedlich begegnen. Bei *Bacillus subtilis* ist ein Phänomen bekannt, das als **kin discrimination** bezeichnet wird – die Fähigkeit, zwischen enger verwandten und genetisch stärker entfernten Artgenossen zu unterscheiden. Treffen bestimmte weniger verwandte Stämme aufeinander, können an ihrer Kontaktzone sichtbare Grenzen entstehen. Antagonistische Systeme werden aktiviert, und ein Teil der Zellen kann geschädigt oder getötet werden. Gerade in solchen Begegnungen machten Forscher eine erstaunliche Beobachtung: Der Konflikt konnte die Bildung kompetenter Zellen fördern. Während Zellen des unterlegenen Stammes zugrunde gingen und DNA freigesetzt wurde, konnte der überlebende Stamm genetisches Material aufnehmen. Der horizontale Gentransfer verlief dabei bevorzugt **vom Verlierer zum Sieger**. Das klingt fast wie ein Motiv aus der Menschheitsgeschichte: Eine Gemeinschaft setzt sich gegen eine andere durch – und etwas vom Unterlegenen bleibt im Sieger erhalten. Nur handelt es sich hier nicht um Wissen, Erinnerungen oder Kultur. DNA sucht sich keinen neuen Besitzer, und eine *Bacillus*\-Zelle wählt nicht bewusst jene Abschnitte aus, die ihr später nützen könnten. Die Aufnahme und Integration fremder Sequenzen unterliegt strengen molekularen Voraussetzungen; je fremder die DNA, desto schwieriger wird eine dauerhafte Integration. Doch der tatsächlich beobachtete Vorgang ist auch ohne jede Vermenschlichung erstaunlich genug: **Der Tod einer Zelle kann genetische Möglichkeiten für eine andere freisetzen.** Aus Konkurrenz wird damit zugleich Informationsfluss. **Eine Bibliothek ohne Bücher** Noch merkwürdiger wird die Geschichte, wenn wir uns ansehen, was DNA außerhalb einer Zelle überhaupt sein kann. Wir lernen DNA gewöhnlich als Träger der Erbinformation kennen. In dieser Vorstellung gehört sie ins Innere einer Zelle, wird dort gespeichert, kopiert und an Nachkommen weitergegeben. In der Subtiliswelt ist ihre Rolle weniger eindeutig. Extrazelluläre DNA – kurz eDNA – kann Bestandteil einer Biofilmmatrix sein und dort zur Struktur und zu Wechselwirkungen innerhalb der Gemeinschaft beitragen. Gleichzeitig besitzt *Bacillus subtilis* Nukleasen, mit denen solche DNA wieder zerlegt werden kann. Eine 2024 veröffentlichte Untersuchung zeigte in *B.-subtilis*\-Biofilmen sogar eine räumlich und zeitlich koordinierte Phase des eDNA-Abbaus. Dabei können Bestandteile der DNA anschließend als Ressource dienen, unter anderem als Quelle für Phosphat. Dasselbe Molekül übernimmt damit, abhängig vom Zusammenhang, völlig unterschiedliche Rollen. Im Chromosom trägt DNA **Erbinformation**. Außerhalb der Zelle kann sie Teil einer **Struktur** sein. Zerlegt wird sie zum **Rohstoff**. Und trifft sie auf eine kompetente Zelle, kann aus ihr wieder **genetische Information** werden. Genau an solchen Stellen geraten unsere vertrauten Kategorien ins Wanken. Wir trennen gern zwischen Baumaterial, Information und Nahrung. Ein Ziegelstein trägt ein Gebäude, ein Buch trägt Information, Nahrung liefert Rohstoffe und Energie. In einer mikrobiellen Welt können diese Rollen ineinander übergehen. Ein Zellwandfragment kann einem Konkurrenten etwas über die Anwesenheit seines Nachbarn verraten. Ein Stoffwechselprodukt kann für einen anderen Organismus Nahrung sein. Und DNA kann nacheinander Strukturmaterial, Rohstoff und Erbinformation werden. Der Raum zwischen den Zellen ist deshalb keineswegs leer. Er ist angefüllt mit Molekülen, deren Herkunft in der Vergangenheit liegt und deren Wirkung erst in der Zukunft sichtbar werden kann. **Information bekommt verschiedene Lebenszeiten** Damit lohnt es sich, einen Schritt zurückzutreten. Unsere Reise begann mit ComX. Ein kleines Signalmolekül wird abgegeben, seine Konzentration verändert sich, eine andere Zelle reagiert. Solche Informationen können schnell entstehen und wieder verschwinden. Dann begegnete uns die elektrische Kaliumwelle. Eine Veränderung breitet sich durch eine Gemeinschaft aus und beeinflusst Zellen an einem anderen Ort. Danach kam das physiologische Gedächtnis: Frühere Zustände können molekulare Spuren hinterlassen, die später noch eine Rolle spielen. Die Spore zeigte uns schließlich, dass solche Spuren sogar eine Phase extremer biologischer Ruhe überdauern können. Und nun kommt DNA. Wird fremde DNA dauerhaft in ein Genom integriert und anschließend weitervererbt, kann die darin enthaltene Information theoretisch über unzählige Generationen bestehen bleiben. Damit besitzt die Subtiliswelt nicht nur verschiedene **Arten** von Information. Sie besitzt auch verschiedene **Zeitskalen**. Manche Signale existieren nur für Augenblicke oder Minuten. Andere prägen einen Zellzustand über Stunden. Manche Wirkungen können Zellteilungen überdauern. Eine Spore kann molekulare Folgen ihrer Entstehung durch eine lange Ruhephase tragen. Und genetische Information kann, wenn sie dauerhaft in eine Abstammungslinie gelangt, einen sehr viel längeren Weg durch die Zeit antreten. Kommunikation verbindet damit nicht nur Zellen über Entfernungen hinweg. **Biologische Information kann Vergangenheit mit Zukunft verbinden.** Und genau hier verändert sich unsere Reise. Wir haben uns so lange zwischen den Bewohnern dieser mikroskopischen Welt bewegt, dass man leicht vergessen kann, wo solche Begegnungen überhaupt stattfinden: in Erde, an Pflanzen, auf Oberflächen, in fermentierten Lebensmitteln – und auch in Lebensräumen, die zu unserem eigenen Körper gehören. Bislang haben wir die Subtiliswelt fast ausschließlich von innen betrachtet. Wir haben verfolgt, wie ihre Bewohner Signale austauschen, elektrische Zustände weitergeben, ihre gemeinsame Umgebung bauen, Spuren der Vergangenheit bewahren und sogar fremde genetische Information aufnehmen können. Doch diese Welt besitzt Grenzen. Und an einer dieser Grenzen wartet ein völlig anderer Zelltyp. Eine Zelle, die wesentlich größer ist als *Bacillus subtilis*. Sie besitzt einen Zellkern und gehört zu einem Organismus mit Geweben, Blutgefäßen, Immunzellen und Nervensystem. **Eine menschliche Darmepithelzelle.** Damit kehrt nach unserer langen Reise plötzlich jene Frage zurück, mit der alles begonnen hat. Nur klingt sie jetzt nicht mehr ganz so, wie sie am Anfang klang: **Kann *Bacillus subtilis* mit uns sprechen?** **Und wir?** Stellen wir uns die Grenze zwischen beiden Welten nicht als abstrakte Linie vor, sondern als einen realen Ort. Die Innenseite unseres Darms ist von einer gewaltigen Fläche aus Epithelzellen bedeckt. Diese Zellen trennen zwei sehr unterschiedliche Räume voneinander. Auf der einen Seite liegt das Körperinnere mit Blutgefäßen, Immunzellen, Nerven und Gewebe. Auf der anderen befindet sich das Darmlumen – Nahrung, Schleim, Verdauungsprodukte und eine kaum überschaubare Gemeinschaft von Mikroorganismen. Diese Grenze muss etwas beinahe Widersprüchliches leisten. Sie darf nicht alles hereinlassen, denn dann wäre sie keine Barriere. Sie darf aber auch nicht alles aussperren, denn dann könnten wir keine Nährstoffe aufnehmen. Und sie muss fortwährend erfassen, was unmittelbar vor ihr geschieht. Eine Darmepithelzelle ist deshalb keine Ziegelwand zwischen zwei Welten. Sie besitzt Rezeptoren, Transporter und Signalwege, mit denen sie auf Moleküle ihrer Umgebung reagieren kann. Sie erkennt mikrobielle Strukturen, reagiert auf Stoffwechselprodukte und steht zugleich in ständigem Austausch mit Immunzellen und anderen Zellen des Körpers. Die Grenze zwischen Mikroben und Mensch ist also nicht nur eine Mauer. Sie ist eine **Kontaktfläche**. Und genau dort taucht nun ein Molekül auf, das aus jener Welt stammt, die wir gerade verlassen haben. **Eine Nachricht, die vielleicht gar nicht für uns bestimmt war** Neben ComX besitzt *Bacillus subtilis* weitere kleine Signalmoleküle. Zu ihnen gehört **PhrC**. In seiner aktiven Form besteht dieses Peptid aus nur fünf Aminosäuren und wird häufig **CSF – Competence and Sporulation Factor** – genannt. Innerhalb der bakteriellen Welt ist CSF Teil eines Regulationssystems. *Bacillus subtilis* gibt es ab, andere Zellen können es wieder aufnehmen, und dort beeinflusst es Prozesse, die unter anderem mit Kompetenz und Sporulation zusammenhängen. Bis hierher kennen wir das Prinzip: Ein Bakterium erzeugt ein Signal, eine andere Bakterienzelle nimmt es wahr und verändert daraufhin ihre Biologie. Doch 2007 stellten Forscher eine viel ungewöhnlichere Frage: **Was geschieht, wenn dieses bakterielle Signalmolekül auf eine menschliche Darmzelle trifft?** Die Antwort war bemerkenswert. Menschliche Darmepithelzellen konnten CSF aufnehmen – über einen Transporter namens **OCTN2**. Nachdem das Peptid in die Zellen gelangt war, wurden dort unter anderem die Signalwege p38 und Akt aktiviert, die Produktion bestimmter Hitzeschockproteine nahm zu, und in den untersuchten Modellen zeigten sich zellschützende Effekte. Man sollte bei diesem Befund einen Moment bleiben. Wir reden nicht über irgendeinen Stoff, den ein Bakterium nebenbei produziert. Wir reden über ein Molekül, das innerhalb der *Bacillus*\-Welt selbst **regulatorische Information überträgt** – und das von einer menschlichen Darmepithelzelle aufgenommen und in eine eigene zelluläre Antwort übersetzt werden kann. Das bedeutet nicht, dass *Bacillus subtilis* einen kleinen Brief an unseren Darm adressiert. Dafür gibt es keinerlei Hinweis. Aber vielleicht ist genau das viel interessanter. Denn unsere Zellen müssen gar nicht die ursprünglichen Empfänger einer bakteriellen Nachricht sein, um aus ihr Information gewinnen zu können. **Vielleicht reicht es, mitzuhören.** **Wenn zwei Welten dasselbe Molekül unterschiedlich lesen** Stellen wir uns zwei Menschen in einem Café vor. Am Nebentisch fällt ein Satz, der gar nicht für sie bestimmt war. Trotzdem hören sie ihn – und möglicherweise verändert das Gehörte ihr Verhalten. Bei CSF dürfen wir diese Analogie nur vorsichtig benutzen. Eine Darmzelle kennt weder Sender noch Absicht noch „Bedeutung“ eines bakteriellen Signals. Aber funktionell passiert etwas Erstaunliches: Dasselbe Molekül ist Bestandteil zweier vollkommen unterschiedlicher biologischer Systeme. Für *Bacillus subtilis* gehört CSF zu einer Welt aus Rap-Proteinen, Kompetenz, Sporulation und Populationsregulation. Für die menschliche Zelle wird dasselbe Molekül zu einem Eingangssignal für andere molekulare Wege. Dasselbe „Wort“ wäre als Bild deshalb zu einfach. Vielleicht trifft es besser: **Dasselbe Signal wird von zwei Welten unterschiedlich gelesen.** Und plötzlich erscheint die Grenze zwischen Mikrobe und Mensch weniger eindeutig als zuvor. **Aber nicht alles ist eine Nachricht** Unsere Darmzellen reagieren nicht nur auf Moleküle, die Bakterien selbst zur Kommunikation verwenden. Sie besitzen auch Rezeptoren für typische mikrobielle Strukturen. Ein bekanntes Beispiel sind **Toll-like-Rezeptoren**, kurz TLRs. Sie gehören zum angeborenen Immunsystem und erkennen charakteristische molekulare Muster von Mikroorganismen. Man kann sie sich vorsichtig wie biologische Bewegungsmelder vorstellen: Sie müssen nicht wissen, welches einzelne Bakterium vor ihnen steht. Bestimmte Merkmale reichen aus, um eine Reaktion auszulösen. Auch Bestandteile von *Bacillus subtilis* können auf diese Weise erkannt werden. Für bakterielle Lipoproteine wurde gezeigt, dass menschliche Darmepithelzellen über **TLR2** darauf reagieren. In den untersuchten Zellen wurden Signalwege aktiviert, die schließlich unter anderem die Bildung des antimikrobiellen Peptids **humanes β-Defensin-2** steigerten. Der Effekt wurde nicht nur in einer etablierten Darmzelllinie, sondern auch in primären menschlichen intestinalen Epithelzellen untersucht. Das ist wichtig – aber es ist etwas anderes als CSF. CSF ist selbst Bestandteil eines bakteriellen Kommunikationssystems. Ein Lipoprotein dagegen ist zunächst ein Bestandteil des Bakteriums. Unsere Zelle kann daraus trotzdem Information gewinnen. **Hier befindet sich etwas Mikrobielles.** Damit stoßen wir auf ein grundlegendes Prinzip: Information muss nicht mit der Absicht ausgesendet werden, jemanden zu informieren. Der Fußabdruck eines Tieres ist keine Nachricht an den Jäger. Trotzdem verrät er etwas über das Tier. Rauch entsteht nicht, um uns vor Feuer zu warnen. Trotzdem können wir aus ihm auf Feuer schließen. Und ein bakterielles Molekül muss nicht „für“ eine menschliche Darmzelle produziert worden sein, damit diese Zelle gelernt haben kann, darauf zu reagieren. Vielleicht besteht der Austausch zwischen Mikroben und uns deshalb aus weit mehr als Nachrichten. Er besteht auch aus **Spuren**. **Sprache, Spur und Zustand** Vielleicht können wir an dieser Stelle etwas Ordnung in das bringen, was uns bisher begegnet ist. ComX und die Phr-Peptide gehören zu Kommunikationssystemen von *Bacillus subtilis*. Andere Zellen reagieren auf ihre Konzentration oder nehmen sie auf; anschließend verändern sich regulatorische Prozesse. Hier können wir guten Gewissens von **Signalen** sprechen. Ein bakterielles Lipoprotein ist etwas anderes. Seine primäre Aufgabe besteht nicht darin, einer menschlichen Zelle eine Nachricht zu übermitteln. Trotzdem kann unsere Zelle es erkennen und daraus Information gewinnen. In unserem Bild wäre es deshalb eher eine **Spur**. Und dann gibt es noch eine dritte Ebene: den Zustand der Umwelt selbst. Temperatur, pH-Wert, Sauerstoff, Nährstoffe, Ionen und Aminosäuren verändern die Bedingungen, unter denen eine Bakterienzelle lebt. Niemand hat die Temperatur „gesendet“. Kein Organismus formuliert einen pH-Wert als Botschaft. Trotzdem enthalten solche Zustände Informationen, auf die biologische Systeme reagieren können. Vielleicht ist genau das der Grund, warum biologische Kommunikation so schwer zu fassen ist, sobald wir sie mit menschlicher Sprache vergleichen. Wir denken bei Kommunikation an einen Sender, der etwas mitteilen möchte. Das Leben benötigt diese Absicht nicht. Es genügt ein Unterschied in der Umwelt, auf den ein anderes biologisches System reagieren kann. Ein Signal kann Information sein. Eine Spur kann Information sein. Und selbst der Zustand einer Umgebung kann Information sein. *Bacillus subtilis* bewegt sich mitten in dieser Welt. **Hört er auch uns?** Bisher haben wir die Richtung vor allem von der Mikrobe zum Menschen verfolgt. Unsere Darmzellen können Moleküle aus der Subtiliswelt erkennen oder aufnehmen. Doch funktioniert etwas Vergleichbares auch umgekehrt? Kann *Bacillus subtilis* Moleküle unseres Körpers wahrnehmen und darauf reagieren? Die Antwort ist komplizierter. Bei manchen krankheitserregenden Darmbakterien kennt man Systeme, bei denen Wirtsmoleküle wie Adrenalin oder Noradrenalin in bakterielle Regulationsprozesse einbezogen werden. Für *Bacillus subtilis* ist ein vergleichbarer menschlicher „Hormonsensor“, der beispielsweise unsere Stresslage erkennt und darauf ein spezifisches Programm aktiviert, bislang nicht überzeugend gezeigt. Das bedeutet allerdings nicht, dass menschliche Signalmoleküle für seine Welt bedeutungslos wären. Ein interessantes Beispiel ist **Noradrenalin**. Für unseren Körper ist es ein wichtiger Botenstoff. In einer mikrobiellen Umgebung kann dasselbe Molekül jedoch die Verfügbarkeit von Eisen verändern. Catecholamine können Eisen aus Wirtsproteinen wie Transferrin oder Lactoferrin mobilisieren, und *Bacillus subtilis* kann unter entsprechenden Bedingungen auf dieses verfügbar gewordene Eisen zugreifen. Dasselbe Molekül besitzt damit in zwei Welten völlig unterschiedliche biologische Bedeutungen. Für uns ist Noradrenalin ein Signal. Für *Bacillus subtilis* kann seine Anwesenheit bedeuten, dass sich die **Ressourcenlandschaft** verändert hat. Vielleicht „hört“ das Bakterium also gar nicht unsere Botschaft. Vielleicht reagiert es auf das, **was unsere Botschaft mit seiner Welt macht**. Und dafür braucht es überhaupt kein menschliches Hormon. Nahrung, chemische Zusammensetzung, Temperatur, pH-Wert und zahlreiche andere Eigenschaften unserer inneren Umwelt verändern fortwährend die Bedingungen, unter denen Mikroorganismen leben. Wir müssen einem Bakterium nichts zuflüstern. **Wir verändern seine Welt – und seine Biologie reagiert darauf.** **Doch dann entdeckt man die Pakete** Bis hierher konnten wir uns Informationsübertragung meist als einzelne Moleküle vorstellen: ein Peptid, ein Ion, ein Lipoprotein oder ein Metabolit. Doch *Bacillus subtilis* kann noch etwas anderes in seine Umgebung abgeben. Er produziert **extrazelluläre Vesikel**. Das sind winzige, von Membranmaterial umschlossene Partikel im Nanometerbereich. Für unsere Vorstellung dürfen wir sie zunächst kleine Bläschen nennen. Nur klingt das harmloser, als der Inhalt vermuten lässt. Denn diese Vesikel sind nicht leer. In ihnen wurden zahlreiche Proteine gefunden. Als Forscher Vesikel aus vegetativ wachsenden *B.-subtilis*\-Zellen mit solchen aus Populationen während der Sporulation verglichen, zeigte sich etwas Bemerkenswertes: **Ihre Zusammensetzung unterschied sich.** In einer Proteomanalyse wurden insgesamt 193 Proteine nachgewiesen. Zahlreiche davon waren abhängig vom physiologischen Zustand der Ausgangszellen unterschiedlich stark vertreten. Zunächst bedeutet das nur genau das, was gemessen wurde: Der Zustand einer *B.-subtilis*\-Population kann sich in der Zusammensetzung ihrer Vesikel widerspiegeln. Doch damit öffnet sich eine neue Tür. Wenn Vesikel aus unterschiedlichen Zuständen unterschiedliche Fracht tragen, enthalten sie zumindest **Spuren des Zustands, aus dem sie entstanden sind**. Ob irgendein Empfänger diese Unterschiede tatsächlich auswertet, ist damit noch nicht gesagt. Dafür müssten solche Partikel zunächst überhaupt andere Zellen erreichen können. Also brachte man sie mit menschlichen Darmzellen zusammen. **Ein Paket überquert die Grenze** In einem Modell mit menschlichen Caco-2-Darmepithelzellen wurden extrazelluläre Vesikel von *Bacillus subtilis* von den Zellen aufgenommen. Die Forscher gingen noch weiter. Sie kultivierten polarisierte Darmepithelzellen als Barriere und untersuchten, ob die Vesikel diese Zellschicht durchqueren können. **Auf der anderen Seite erschienen intakte Vesikel.** Unter den Bedingungen dieses Zellmodells konnten *B.-subtilis*\-Vesikel also von menschlichen Darmepithelzellen aufgenommen, durch die Zellen transportiert und auf der gegenüberliegenden Seite wieder nachgewiesen werden. Hier wird unsere Bildsprache beinahe gefährlich verführerisch. Man möchte sofort schreiben: *Bacillus subtilis verschickt Pakete an unseren Körper.* So weit reicht der Befund nicht. Ein Zellkulturmodell ist kein menschlicher Darm. Es zeigt nicht, dass nach dem Verzehr von *Bacillus subtilis* Vesikel unsere Darmwand durchqueren, in den Blutkreislauf gelangen und anschließend bestimmte Organe erreichen. Aber das tatsächlich Gezeigte ist bereits bemerkenswert genug: Material, das eine *Bacillus*\-Zelle in einem membranumhüllten Partikel abgegeben hat, kann in einem menschlichen Darmzellmodell aufgenommen und durch eine Epithelzellschicht transportiert werden. Damit ist im Experiment eine physische Grenze zwischen zwei biologischen Welten passierbar. Und jetzt erinnern wir uns an den Befund von eben: Die Zusammensetzung dieser Pakete ist nicht immer gleich. Sie kann davon abhängen, in welchem physiologischen Zustand sich ihre Ursprungszellen befanden. Genau daraus entsteht eine Frage, auf die wir derzeit keine fertige Antwort besitzen: **Könnte eine menschliche Zelle aus unterschiedlich zusammengesetzten Vesikeln etwas über den Zustand der bakteriellen Welt erfahren, aus der sie stammen?** Das ist nicht gezeigt. Aber es ist eine überprüfbare Hypothese. Man könnte *Bacillus subtilis* unter verschiedenen Bedingungen kultivieren – bei guter Versorgung, unter Nährstoffstress, in Konkurrenz mit anderen Mikroorganismen oder beim Eintritt in die Sporulation. Anschließend ließen sich die Vesikel isolieren und ihre Protein- und RNA-Profile vergleichen. Gibt man definierte Mengen dieser unterschiedlichen Vesikel auf menschliche Darmorganoide, könnte man anschließend messen, ob die Wirtszellen jeweils andere Genprogramme aktivieren. Falls das der Fall wäre, hätte man etwas Bemerkenswertes gezeigt: Eine menschliche Zelle müsste kein einziges „Wort“ der Subtiliswelt verstehen. Sie müsste nur **unterschiedliche Pakete unterschiedlich beantworten**. Und genau hier beginnt unsere ursprüngliche Frage beinahe zu klein zu werden. Vielleicht geht es längst nicht mehr nur darum, ob *Bacillus subtilis* mit uns spricht. Vielleicht lautet die größere Frage: **Wie lange tauscht Leben eigentlich schon Informationen über die Grenzen einzelner Zellen, Arten und biologischer Welten hinweg aus?** Um darauf eine Antwort zu finden, müssen wir unsere Kamera jetzt weit zurückziehen. Nicht um Tausende Jahre. Nicht um Millionen. **Um Milliarden.** **Lange bevor jemand sprechen konnte** Wenn wir weit genug zurückgehen, verschwinden nach und nach all die Dinge, die uns selbstverständlich erscheinen. Städte verschwinden, Schrift verschwindet, unsere heutige Form von Sprache verschwindet. Unsere Art verschwindet, ebenso Säugetiere, Wirbeltiere und schließlich Tiere überhaupt. Irgendwann gibt es keine Augen mehr, die etwas sehen könnten, keine Ohren, die Schall in Nervenimpulse übersetzen, und kein Gehirn, das aus solchen Signalen eine Vorstellung von der Welt erzeugt. Doch das Leben ist längst da. Und damit existiert bereits ein Problem, das jedes Lebewesen lösen muss: Es lebt in einer Welt, die sich verändert. Nahrung kann vorhanden sein oder fehlen. Temperaturen schwanken. Andere Organismen tauchen auf. Stoffwechselprodukte sammeln sich an. Manche Moleküle bedeuten eine Chance, andere eine Gefahr. Wer auf solche Veränderungen nicht reagieren kann, hat auf Dauer schlechte Karten. Leben musste deshalb Informationen aus seiner Umwelt erfassen und darauf reagieren, **lange bevor es ein Nervensystem gab**. Unsere Reise durch die Subtiliswelt hat uns bereits einige Möglichkeiten gezeigt, wie elementar dieses Prinzip sein kann. Moleküle verraten die Anwesenheit anderer Zellen. Chemische Spuren verändern Genprogramme. Elektrische Zustände breiten sich durch Gemeinschaften aus. Frühere Bedingungen können spätere Reaktionen beeinflussen. Genetische Information kann sogar zwischen Organismen wechseln. All das funktioniert ohne Wörter, ohne Stimme und ohne Gehirn. Was es jedoch benötigt, ist etwas, das später auch für jedes Nervensystem unverzichtbar sein wird: **Ein Unterschied wird registriert – und verändert eine Reaktion.** Vielleicht beginnt biologische Information genau dort. **Als Sauerstoff die Welt veränderte** Vor mehr als zwei Milliarden Jahren begann sich die Erde auf eine Weise zu verändern, deren Folgen kaum zu überschätzen sind. Cyanobakterien hatten einen Stoffwechselweg entwickelt, der Sonnenlicht nutzte und dabei molekularen Sauerstoff freisetzte: die oxygenische Photosynthese. Über sehr lange Zeiträume führte dieser Prozess dazu, dass sich immer mehr Sauerstoff in Ozeanen und Atmosphäre ansammelte. Für uns klingt Sauerstoff nach Leben. Nach frischer Luft, Wald und Atmung. Für große Teile der damaligen anaeroben Lebenswelt war er zunächst ein massives chemisches Problem. Sauerstoff und daraus entstehende reaktive Sauerstoffverbindungen können Proteine, Membranen und andere Zellbestandteile schädigen. Mit der zunehmenden Oxygenierung der Erde veränderten sich deshalb ganze Lebensräume. Manche Organismen verschwanden aus sauerstoffreichen Nischen, andere entwickelten Schutzmechanismen, und wieder andere begannen, Sauerstoff für ihren eigenen Stoffwechsel zu nutzen. Aus einer gewaltigen Umweltveränderung entstand damit zugleich eine neue biologische Möglichkeit. Denn Sauerstoff kann eine besonders effiziente Form der Energiegewinnung ermöglichen. Und irgendwann trafen zwei evolutionäre Geschichten aufeinander. **Der Fremde, der blieb** Wie diese Begegnung genau aussah, wissen wir nicht. Vielleicht nahm eine frühe Wirtszelle ein Bakterium auf und verdaut es nicht. Vielleicht begann die Beziehung auf einem ganz anderen Weg. Nach weit über einer Milliarde Jahren lässt sich das ursprüngliche Ereignis nicht mehr wie eine historische Szene rekonstruieren. Aber seine Spuren tragen wir noch heute in nahezu jeder Zelle unseres Körpers. Ein Bakterium aus der evolutionären Linie der Alphaproteobakterien ging eine immer engere Verbindung mit einer Vorläuferzelle der heutigen Eukaryoten ein. Aus diesem Endosymbionten entstanden im Verlauf der Evolution die **Mitochondrien**. Die sogenannten Kraftwerke unserer Zellen waren also nicht immer Bestandteile von Zellen. **Ihre Vorfahren waren Bakterien.** Das klingt beinahe wie eine besonders kühne Metapher. Es ist keine. Mitochondrien besitzen bis heute eigene DNA. Sie vermehren sich durch Teilung und sind von zwei Membranen umgeben. Zahlreiche molekulare Eigenschaften erzählen von ihrer bakteriellen Vergangenheit. Im Verlauf der Evolution gingen viele Gene verloren oder wurden in das Genom des Wirts übertragen. Die Abhängigkeit zwischen beiden Partnern wurde immer enger, bis aus einer einst wesentlich selbstständigeren biologischen Einheit ein untrennbarer Bestandteil eines neuen Zelltyps geworden war. Man könnte diese Geschichte romantisch erzählen: Zwei Mikroben begegneten sich, beschlossen zusammenzuarbeiten und erfanden die komplexe Zelle. So funktioniert Evolution natürlich nicht. Sie plant keine Zukunft, und kein Organismus wusste, wohin diese Verbindung einmal führen würde. Und trotzdem war das Ergebnis gewaltig: **Was einmal getrennte biologische Einheiten gewesen waren, wurde Teil einer neuen.** **Wo endet eigentlich ein Lebewesen?** Diese Frage kommt uns inzwischen bekannt vor. Wir haben sie bereits im Biofilm gestellt. Dort produzieren einzelne *Bacillus*\-Zellen eine gemeinsame Matrix, beeinflussen gegenseitig ihre Umgebung, tauschen Informationen aus und können unterschiedliche Zustände annehmen. Trotzdem bleibt jede Zelle grundsätzlich ein eigenständiger Organismus. Bei der Endosymbiose wurde die Verbindung sehr viel radikaler. Der bakterielle Partner verlor über evolutionäre Zeit immer mehr seiner Eigenständigkeit. Gleichzeitig wurde die Wirtszelle immer stärker von ihm abhängig. Aus einer Beziehung entstand schließlich eine biologische Einheit, deren Bestandteile getrennt kaum noch das darstellen, was sie gemeinsam geworden sind. Das ist keine direkte Fortsetzung der Geschichte eines *Bacillus*\-Biofilms. *Bacillus subtilis* ist nicht unser Vorfahr, und aus seinen Biofilmen entstanden keine Menschen. Aber hinter beiden Geschichten steckt ein grundlegendes biologisches Prinzip: **Neue Komplexität kann entstehen, wenn biologische Einheiten nicht nur nebeneinander existieren, sondern ihre Aktivitäten immer stärker miteinander verschränken.** Und dieses Problem begegnet dem Leben erneut, als aus einzelnen Zellen dauerhaft größere Organismen entstehen. **Der schwierige Weg vom Ich zum Wir** Ein Vielzeller erscheint uns heute selbstverständlich. Ein Mensch ist einer. Ein Hund ist einer. Ein Baum ist einer. Biologisch betrachtet steckt dahinter jedoch ein enormes Organisationsproblem. Stellen wir uns eine Ansammlung von Zellen vor, in der jede ausschließlich versucht, ihre eigene unmittelbare Vermehrung zu maximieren. Jede nimmt möglichst viele Ressourcen auf. Jede teilt sich, sobald sie kann. Keine passt ihr Verhalten an die Bedürfnisse anderer an. Aus einem solchen System entsteht kein funktionierender menschlicher Körper. Damit Vielzelligkeit stabil funktionieren kann, müssen Zellen ihre Aktivitäten koordinieren. Wachstum muss kontrolliert werden. Zellen müssen auf Signale reagieren, unterschiedliche Aufgaben übernehmen und sich in bestimmte Entwicklungsrichtungen festlegen. Manche teilen sich häufig, andere kaum noch. Manche leben lange, andere werden kontrolliert beseitigt. Milliarden Zellen müssen so zusammenwirken, dass aus lokalen Vorgängen ein zusammenhängender Organismus entsteht. Das Grundproblem kennen wir inzwischen. **Nicht alle müssen dasselbe tun.** Eine Nervenzelle erfüllt andere Aufgaben als eine Muskelzelle. Eine Darmepithelzelle muss eine bestimmte Orientierung im Gewebe besitzen und auf Signale ihrer Nachbarn reagieren. Zellen senden Wachstumsfaktoren, Hormone, Neurotransmitter, Lipide, Peptide und zahlreiche andere Botenstoffe. Sie kommunizieren über direkten Kontakt, reagieren auf mechanische Kräfte, verändern elektrische Potentiale und geben Vesikel ab. Unser Körper existiert nur, weil seine Zellen ununterbrochen **Information austauschen und aufeinander reagieren**. Und während Sie diesen Satz lesen, geschieht genau das. **Billionen Gespräche, aus denen ein Mensch entsteht** Eine Nervenzelle verändert ihr Membranpotential. Eine Zelle der Bauchspeicheldrüse gibt ein Hormon ab. Eine Immunzelle erkennt eine molekulare Struktur. Eine Darmzelle reagiert auf einen Metaboliten. Eine andere empfängt ein Wachstumssignal. Mitochondrien passen ihre Aktivität an den energetischen Zustand der Zelle an. Im Gehirn verändern chemische und elektrische Signale fortwährend die Aktivität neuronaler Netzwerke. Keiner dieser Vorgänge allein ist ein Mensch. Und trotzdem entsteht aus diesem ungeheuren Zusammenspiel etwas, das irgendwann morgens die Augen öffnet und ein erstaunliches Wort benutzt: **Ich.** Vielleicht gehört dieses kleine Wort zu den merkwürdigsten unserer Sprache. Denn dieses „Ich“ besteht aus einer unvorstellbaren Zahl spezialisierter Zellen, die fortwährend miteinander kommunizieren müssen, damit überhaupt ein zusammenhängender Organismus existieren kann. Und selbst damit ist die Geschichte noch nicht vollständig. Auf den Oberflächen dieses Organismus und in seinen offenen Lebensräumen existieren wiederum mikrobielle Gemeinschaften. Auf der Haut, im Mund und in besonders großer Zahl im Darm. Sie produzieren Metabolite, verbrauchen Stoffe, verändern chemische Bedingungen, konkurrieren miteinander und reagieren aufeinander. Moleküle aus dieser mikrobiellen Welt treffen auf unsere Zellen, während unser Körper durch Nahrung, Schleim, Immunfaktoren, Verdauungssekrete und zahllose andere Einflüsse wiederum ihre Lebensbedingungen verändert. Die Grenze zwischen „uns“ und „ihnen“ bleibt biologisch real. Aber sie ist **durchlässig für Information**. Vielleicht ist der Darm deshalb nicht nur ein Ökosystem. Vielleicht ist er zugleich ein gewaltiger Raum, in dem biologische Informationen aus verschiedenen Welten aufeinandertreffen. **Wer spricht hier eigentlich mit wem?** An diesem Punkt können wir zu jener einzelnen *Bacillus-subtilis*\-Zelle zurückkehren, mit der unsere Reise begonnen hat. Sie ist noch immer nur wenige Mikrometer groß. Sie besitzt keine Ohren, keine Stimme und kein Nervensystem. Und doch sehen wir sie jetzt anders als am Anfang. Ihre Welt ist voller Information. Sie kann chemische Signale ihrer Artgenossen erfassen. Innerhalb ihrer Gemeinschaft entstehen unterschiedliche Zellzustände. In Biofilmen können metabolische Veränderungen elektrische Kaliumsignale auslösen, die weit entfernte Zellen beeinflussen. Solche Signale können sogar über Artgrenzen hinweg Wirkung entfalten. Frühere physiologische Zustände können molekulare Spuren hinterlassen. Eine Spore kann Folgen ihrer Entstehungsbedingungen durch eine Phase extremer Ruhe tragen. Und eine kompetente Zelle kann DNA aufnehmen, die zuvor Teil eines anderen Organismus war. An der Grenze zu unserer eigenen Welt geht die Geschichte weiter. Ein bakterielles Kommunikationspeptid wie CSF kann von menschlichen Darmepithelzellen aufgenommen werden. Mikrobielle Strukturen werden von Rezeptoren unseres angeborenen Immunsystems erkannt. Extrazelluläre Vesikel von *Bacillus subtilis* können zumindest in Zellmodellen von menschlichen Darmzellen aufgenommen und durch eine Epithelzellschicht transportiert werden. Die Frage vom Anfang klingt deshalb inzwischen anders: **Kann *Bacillus subtilis* mit uns sprechen?** Wenn wir darunter eine bewusst formulierte, an uns adressierte Botschaft verstehen, gibt es dafür keinen wissenschaftlichen Nachweis. Aber wenn wir die Frage biologischer stellen – ob Informationen aus seiner Welt unsere Zellen erreichen und dort Reaktionen verändern können –, dann müssen wir nicht mehr spekulieren. **Das geschieht bereits.** Und damit bleibt eine letzte Frage. Vielleicht die größte unserer ganzen Reise. **Wer hat eigentlich das Sprechen erfunden?** Wir Menschen sind zu Recht stolz auf unsere Sprache. Wir können einem anderen Menschen von gestern erzählen, von morgen oder von einem Stern, den keiner von uns je erreichen wird. Wir können Dinge beschreiben, die nicht vor uns liegen, und sogar Dinge erfinden, die überhaupt nicht existieren. Wir können Gedichte schreiben, Verträge schließen, Witze erzählen und einem Kind erklären, wie die Erde entstanden ist. Mit ein wenig bewegter Luft können wir im Kopf eines anderen Menschen eine Vorstellung entstehen lassen. Das ist außergewöhnlich. Doch betrachten wir für einen Moment nur das biologische Gerüst darunter. Ein Mensch möchte etwas mitteilen. Sein Gehirn steuert Muskeln, Luft strömt durch den Kehlkopf, Stimmlippen geraten in Schwingung. Mund und Zunge formen den entstehenden Schall. Druckwellen wandern durch den Raum und erreichen das Ohr eines anderen Menschen. Dort wird mechanische Bewegung in elektrische Aktivität übersetzt. Nervenzellen reagieren, Netzwerke verändern ihren Zustand – und Sekunden später kann im Empfänger etwas vorhanden sein, das zuvor nur im Sender vorhanden war. Zwischen einem gesprochenen Satz und einem bakteriellen Signalmolekül liegen selbstverständlich gewaltige Unterschiede. Menschliche Sprache arbeitet mit Symbolen, Grammatik, kulturell erlernten Bedeutungen und einer Komplexität, die sich nicht einfach auf ein Quorum-Sensing-System übertragen lässt. Doch unterhalb all dieser Unterschiede erscheint ein erstaunlich altes Muster: **Ein biologisches System verändert seine Umgebung. Ein anderes nimmt diese Veränderung wahr – und reagiert darauf.** Sender, Informationsträger, Empfänger, Reaktion. Dieses Grundprinzip existierte lange bevor der erste Mensch ein Wort sprach. Lange bevor Menschen existierten. Lange bevor Gehirne entstanden. Lange bevor irgendein Lebewesen Ohren besaß. Als die Erde noch nahezu vollständig eine Welt der Mikroorganismen war, tauschte Leben bereits Informationen aus. Vielleicht sollten wir deshalb vorsichtig sein, wenn wir die Geschichte des Sprechens erst beim Menschen beginnen lassen. Wir haben Wörter erfunden, Grammatik, Schrift und Geschichten. Wir können Gedanken über Generationen speichern, Bücher schreiben und heute sogar darüber diskutieren, ob ein Bakterium mit uns kommuniziert. Aber das Prinzip darunter ist sehr viel älter als wir. Lange bevor eine Stimme einen Laut formen konnte, veränderten Zellen ihre Umgebung. Andere Zellen reagierten darauf. Moleküle wurden zu Signalen. Ionen konnten elektrische Zustände weitertragen. Zellen schlossen sich zu Gemeinschaften zusammen. Aus einer uralten Endosymbiose gingen Mitochondrien hervor. Vielzeller entwickelten immer komplexere Formen der Koordination. Nervensysteme verbanden chemische und elektrische Informationsübertragung. Gehirne entstanden. Irgendwann wurden aus Lauten Zeichen, aus Zeichen Wörter und aus Wörtern Geschichten. Heute nennen wir eine der ausgefeiltesten Formen davon: **Sprache.** Und während wir sprechen, schreiben und darüber nachdenken, läuft unterhalb unserer Wahrnehmung ein sehr viel älterer Austausch weiter. Menschliche Zellen senden Signale. Mikrobielle Zellen tun es ebenfalls. Moleküle überschreiten Grenzen. Organismen verändern gegenseitig ihre Umwelt. Informationen entstehen, werden erkannt und beantwortet. Vielleicht hat diese Unterhaltung nie aufgehört. **Vielleicht sind wir nur sehr spät dazugekommen.** Dann lautet die erstaunlichste Antwort auf unsere Ausgangsfrage vielleicht gar nicht, ob *Bacillus subtilis* mit uns sprechen kann. Vielleicht lautet sie: **Das Leben tauschte Informationen aus, lange bevor es uns gab.** Und wenn wir diesen Gedanken noch einen Schritt weitertragen, bleibt am Ende dieser Reise eine letzte Frage zurück: **Was, wenn die Sprache der Menschen nur die jüngste Form einer Geschichte ist, die einst in einer Welt der Mikroben begann?** **Autor: Andreas W. Kraus** Weiterführende Informationen zur Welt von *Bacillus subtilis*: [bacillus-subtilis.eu](https://bacillus-subtilis.eu/?ref=subtila24.de&utm%5Fsource=chatgpt.com)