Die komplexen Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Protisten

Bakterien sind winzige Lebewesen, die eine wichtige Rolle in aquatischen Umgebungen spielen. Sie bilden den Hauptbestandteil des Nahrungsnetzes und sind eine entscheidende Nahrungsquelle für einzellige Organismen, die Protisten genannt werden. Diese Protisten sind noch kleinere Kreaturen, zu denen Arten wie Flagellaten und Ciliaten gehören. An den meisten Orten interagieren Bakterien und Protisten auf viele Arten, weil sie schon lange zusammen existieren.

Diese Interaktionen können verschiedene Beziehungen umfassen, wie zum Beispiel dass ein Organismus profitiert, während der andere Schaden nimmt (Parasitismus), beide profitieren (Mutualismus) oder nebeneinander leben, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen (Symbiose). Für Bakterien kann die Interaktion mit Protisten bessere Überlebenschancen, die Verbreitung in neue Gebiete, den Austausch von Genen oder sogar eine Veränderung ihres Verhaltens als Krankheitserreger zur Folge haben.

Einige Bakterien können es verhindern, von Protisten gefressen zu werden, und sogar schädliche Substanzen erzeugen, die die Protisten töten können, die versuchen, sie zu fressen. Das bedeutet, dass Bakterien die Anzahl und Gesundheit der Protisten im Wasser kontrollieren können. Zum Beispiel können einige Bakterien helfen, schädliche Algenblüten zu reduzieren, die aquatische Ökosysteme verwüsten können.

Allerdings wissen wir wenig darüber, wie Bakterien und Protisten in marinen Umgebungen zusammenarbeiten oder gegeneinander wirken, abgesehen von der grundlegenden Idee, dass Protisten Bakterien fressen.

#Bakterien und Protisten in der menschlichen Gesundheit

In der menschlichen Gesundheit wurde die Beziehung zwischen Bakterien und Protisten besser untersucht. Diese Interaktionen können wichtig sein, um zu verstehen, wie Bakterien Krankheiten verursachen. Zum Beispiel überlebt das schädliche Bakterium Legionella pneumophila viel besser, wenn es mit der Amöbe Acanthamoeba castellanii wächst, und kann sogar leichter in menschliche Immunzellen eindringen.

Ähnlich wird ein anderes Bakterium, Mycobacterium avium, schädlicher für menschliche Immunzellen, wenn es zusammen mit Acanthamoeba castellanii wächst. In einigen Fällen kann die Interaktion mit Protisten sogar einige schädliche Bakterien weniger infektiös machen.

Das deutet darauf hin, dass neben der Tatsache, dass sie Nahrung für Protisten sind, die Beziehung zwischen Bakterien und Protisten einen signifikanten Einfluss darauf haben könnte, wie Bakterien in verschiedenen Umgebungen agieren.

#Potenzielle Rollen von Protisten in aquatischen Umgebungen

Genauso wie in der menschlichen Gesundheit können Protisten im Wasser einigen Bakterien helfen, zu überleben und zu wachsen. Sie bieten möglicherweise einen sicheren Ort für Bakterien zum Leben, zur Fortpflanzung und zur Verbreitung. Neue Methoden zur Züchtung dieser Organismen und zur Untersuchung ihrer Genetik helfen Wissenschaftlern, die Vielfalt der Protisten in Ozeanen und Süsswasser zu verstehen.

Einige schädliche Bakterien werden in Fischen und anderen aquatischen Umgebungen gefunden, was zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten führt und potenzielle Risiken für die menschliche Gesundheit darstellt. Frühere Studien deuten darauf hin, dass die Interaktionen zwischen Bakterien und Protisten im Wasser kompliziert und von den beteiligten Arten abhängig sein können.

Zum Beispiel kann die Art und Weise, wie Kieselalgen, eine Art von Algen, mit Bakterien interagieren, davon abhängen, welche Arten von Algen und Bakterien vorhanden sind und wie gesund sie sind.

Dennoch haben wir begrenztes Wissen darüber, wie Bakterien über die Zeit hinweg mit Protisten interagieren. Ein Grund für die unterschiedlichen Arten von Interaktionen könnte damit zusammenhängen, wie Bakterien bestimmte Gene, die mit Schädlichkeit verbunden sind, ausdrücken.

#Studie zu Bakterien- und Protisteninteraktionen

In dieser Studie wollten die Forscher untersuchen, wie Bakterien und Protisten über die Zeit miteinander interagieren. Frühere Studien konzentrierten sich oft auf ein oder wenigen Bakterien oder Protisten unter kontrollierten Laborbedingungen, was den Vergleich der Ergebnisse erschwerte.

Diese Forschung überprüfte 18 verschiedene marine Bakterien mit bekannten Genen, die mit Virulenz in Verbindung stehen, im Vergleich zu drei häufig untersuchten Protisten, die in verschiedenen aquatischen Umgebungen vorkommen. Die Protisten umfassten Acanthamoeba polyphaga, eine bekannte Amöbe, die Bakterien beherbergen kann, Euglena gracilis, einen Flagellaten, und Tetrahymena pyriformis, einen Ciliaten.

Die Forscher testeten, wie diese Protisten auf die Bakterien reagierten und welche Arten von Interaktionen stattfanden. Sie gingen davon aus, dass wachsende Protisten, die Bakterien fressen, das Wachstum der Bakterien gleichmässig beeinflussen würden.

Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass einige Bakterien die Protisten töten konnten, während Protisten in vielen Fällen Bakterien helfen konnten, besser zu überleben.

#Bakterielle Auswirkungen auf das Überleben von Protisten

Während der Studie wurde festgestellt, dass mehrere Bakterien das Überleben von Protisten negativ beeinflussten. Zum Beispiel wurde der Ciliate Tetrahymena pyriformis getötet, als er mit fünf verschiedenen Bakterien im hohen Verhältnis Bakterien zu Protisten kultiviert wurde.

Ähnlich wurde der Flagellat Euglena gracilis von drei verschiedenen Bakterien geschädigt. In einigen Fällen veränderten verschiedene Bakterien die Farbe oder Form der Euglena.

Im Fall von Acanthamoeba polyphaga führten zehn verschiedene Bakterien dazu, dass sie zerfiel, wenn eine hohe Anzahl von Bakterien vorhanden war. Einige Bakterien konnten sogar die Amöbe bei viel niedrigeren Verhältnissen töten.

Die Forscher bemerkten erhebliche Unterschiede zwischen den Bakterien hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Protisten. Ein Bakterienstamm, Stenotrophomonas sp. SKA14, war besonders stark und tötete alle drei Protisten unabhängig vom Verhältnis Bakterien zu Protisten.

Ein anderer Stamm, Sphingomonas sp. SKA58, beeinflusste ebenfalls alle Protisten, aber nicht so stark. Die Co-Kultur anderer Bakterien mit Acanthamoeba polyphaga und Tetrahymena pyriformis führte zum Verlust von Protisten, veränderte jedoch nur die Form von Euglena.

#Bakterielle Überlebensfähigkeit während der Co-Kultur

Die Forschung zeigte auch, dass einige Bakterien in der Co-Kultur mit Protisten gedeihen konnten. In vielen Fällen änderte sich das Überleben der Bakterien im Vergleich zu allein gewachsenem Bakterien nicht signifikant.

Nur in zwei Fällen konsumierten Euglena gracilis und Acanthamoeba polyphaga alle Bakterien vollständig. Die meisten Bakterien schafften es, während der 15-tägigen Experimente zu überleben.

In der Co-Kultur mit Tetrahymena pyriformis überlebten sechs Bakterienstämme länger als allein gewachsen. Acanthamoeba polyphaga half auch fünf Bakterien, länger zu leben.

Interessanterweise fanden die Forscher bei der Analyse der Bakterien in Acanthamoeba polyphaga heraus, dass die Mehrheit der bakteriellen Arten innerhalb der Amöbe nachgewiesen wurde, entweder in Vakuolen oder innerhalb der Zelle selbst.

Im Verlauf der Studie konzentrierten sich die Forschenden zunehmend darauf, wie Bakterien und Acanthamoeba polyphaga miteinander interagierten. Sie untersuchten zwei verschiedene Bedingungen: die Verwendung von lebenden Amöben und die Verwendung von hitzegetöteten Amöben.

Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass mehrere Bakterienstämme mehr von lebenden Amöben als von toten profitierten. Einige Bakterien, wie Photobacterium sp. SKA34, überlebten viel länger, wenn viable Amöben vorhanden waren.

#Nährstoffbedingungen sind wichtig

Die Studie untersuchte auch, wie die Verfügbarkeit von Nährstoffen im Wasser die Interaktionen zwischen Bakterien und Protisten beeinflusste. Sie experimentierten mit nährstoffreichen Medien und Medien mit niedrigen Nährstoffen. Bakterien wuchsen nicht allein in nährstoffarmen Medien, aber die Co-Kultur mit lebenden Amöben erlaubte einigen Bakterien zu wachsen.

Ein Stamm, SKA14, wuchs gut in nährstoffreichen Medien, aber im Wachstum mit Amöben zeigte sich anfangs ein verlangsamtes Wachstum. Schliesslich, als die Bakterien sich vervielfältigten, starben die Amöben ab. Ein anderer Stamm, BAL39, beeinträchtigte ebenfalls die Amöben negativ.

Wichtig ist, dass einige Bakterien in beiden, nährstoffreichen und nährstoffarmen Medien, nicht wuchsen, als sie allein getestet wurden.

#Fazit

Diese Studie zeigt, dass die Interaktionen zwischen Bakterien und Protisten in aquatischen Systemen komplizierter sind, als bisher gedacht. Einige Bakterien haben die Fähigkeit, Protisten zu töten, während sie sie gleichzeitig nutzen, um zu überleben und zu wachsen.

Die Ergebnisse betonen die Notwendigkeit, diese Interaktionen besser zu verstehen, da sie die Gesundheit aquatischer Ökosysteme erheblich beeinflussen können und die Rolle von Bakterien in der menschlichen Gesundheit hervorheben. Die potenzielle Existenz von Nährstoffflüssen von Protisten zu Bakterien deutet auf ein weitgehend unerforschtes Gebiet der Mikrobiologie hin.

Zukünftige Forschungen sollten darauf abzielen, die ökologischen Rollen dieser Interaktionen weiter zu definieren und zu verstehen, wie sie die Dynamik zwischen bakteriellen und protistischen Populationen verändern. Dieses Wissen ist entscheidend, um zu begreifen, wie sich diese Interaktionen unter unterschiedlichen Umweltbedingungen verändern könnten und zur Gesundheit des gesamten Ökosystems beitragen.