Baghold i en petriskål

Hvis grønne alger af arten Chlamydomonas reinhardtii møder Pseudomonas protegens-bakterier, deres skæbne er beseglet. Bakterierne, måler kun omkring to mikrometer, omgiver algerne, som er omkring fem gange større, og angribe dem med en dødbringende giftig cocktail. Algerne mister deres flageller, hvilket gør dem immobile. De grønne encellede organismer bliver så deforme og er ikke længere i stand til at formere sig. Den kemiske mekanisme, der ligger til grund for dette ekstremt effektive angreb, er nu blevet afsløret af botanikere og naturproduktkemikere ved Friedrich Schiller Universitet, Jena (FSU) og Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology – Hans Knöll Institute (HKI).

Det er et grufuldt skue, der møder Prasad Aiyars øjne, mens han kigger ned i mikroskopet. Doktorgradskandidaten fra Indien, som kom til Jena for at tage sin kandidatgrad i Molecular Life Sciences, undersøger arten Chlamydomonas reinhardtii på et objektglas. De ovale mikroalger, godt 10 mikrometer i størrelse, har to flageller, som de svømmer rundt med – dvs. indtil Prasad Aiyar bruger en pipette til at tilføje en dråbe af en bakterieopløsning. De endnu mindre bakterier samles til sværme, som omgiver algerne. Kun 90 sekunder senere, algerne er ubevægelige, og når man ser nærmere efter, man kan se, at deres flageller er faldet af.

Jena-forskerne har opdaget, hvorfor disse bakterier har så ødelæggende virkning på de grønne alger. Det ser ud til, at et kemisk stof spiller en central rolle i processen, som holdene under Prof. Maria Mittag og Dr. Severin Sasso fra FSU, og prof. Christian Hertweck fra Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology – Hans Knöll Institute (HKI) – rapport i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation .

Orfamide A, som stoffet kaldes, er et cyklisk lipopeptid, som bakterierne frigiver, sammen med andre kemiske forbindelser. "Vores resultater indikerer, at orfamid A påvirker kanaler i cellemembranen, hvilket fører til, at disse kanaler åbner sig, " forklarer Dr. Severin Sasso. "Dette fører til en tilstrømning af calciumioner fra miljøet til cellens indre af algerne, " tilføjer lederen af ​​Research Group Molecular Botany. En hurtig ændring i koncentrationen af ​​calciumioner er et almindeligt alarmsignal for mange celletyper, som regulerer en lang række metaboliske veje. "For at kunne observere ændringen i niveauet af calcium i cellen, vi introducerede genet for et fotoprotein i de grønne alger, hvilket forårsager bioluminescens, hvis calciumniveauet stiger. Dette sætter os i stand til at måle mængden af ​​calcium ved hjælp af luminescensen, " forklarer prof. Mittag, Professor i almen botanik. I nogle tilfælde, ændringerne i calcium fører til ændringer i bevægelsesretningen, for eksempel efter lysopfattelse. I andre tilfælde, for eksempel efter bakterieangrebet, de forårsager tab af flageller.

Forsker i det "kemiske sprog"

Ud over, holdene kunne vise, at bakterierne kan tappe algerne og bruge dem som næringskilde, hvis de mangler næringsstoffer. "Vi har beviser for, at andre stoffer fra den giftige cocktail frigivet af bakterierne også spiller en rolle i dette, " siger Maria Mittag. Hendes team, endnu en gang i samarbejde med teams af Prof. Hertweck og Dr. Sasso, ønsker nu også at spore disse stoffer, for at opnå en præcis forståelse af denne kemiske kommunikation mellem alger og bakterier.

Talrige forskningsgrupper har dedikeret deres indsats til at studere det "kemiske sprog" mellem mikroorganismer og deres miljø som en del af Collaborative Research Center "ChemBioSys". Mikrobielle artssamfund forekommer i stort set alle habitater på Jorden. "I disse samfund, både artssammensætningen og det indbyrdes forhold mellem individuelle organismer af en eller flere arter reguleres af kemiske mediatorer, " siger prof. Hertweck, der er foredragsholder for Collaborative Research Center og leder af afdelingen for Biomolekylær Kemi på HKI.

Formålet med det tværfaglige forskningspartnerskab er at forklare de grundlæggende kontrolmekanismer i komplekse biosystemer, som påvirker hele livet på Jorden. "Vi ønsker at forstå de mekanismer, hvorigennem de mikrobielle samfundsstrukturer dannes og deres mangfoldighed opretholdes." De er vigtige, fordi det væsentlige i livet – ikke mindst for mennesker – afhænger af dem, for eksempel mad eller luft.

Dette gælder også for mikroalger som Chlamydomonas reinhardtii. Sådanne fotosyntetiske mikroorganismer (fytoplankton) bidrager med omkring 50 procent til at fiksere drivhusgassen kuldioxid og, som et biprodukt af fotosyntese, de leverer den ilt, der er afgørende for vores overlevelse. Ud over, mikroalger, som findes i ferskvand, våd jord eller verdens have og oceaner, udgør en vigtig base for fødekæder, især i akvatiske systemer. For eksempel, dyreplankton i havene lever af algerne og sammen giver de føde til krebsdyr, som igen bliver spist af fisk, før disse bliver spist af større fisk eller fanget af mennesker. "I lyset af mikroalgers enorme betydning for menneskers liv, vi ved stadig forbavsende lidt om de grundlæggende elementer og vekselvirkningerne i deres mikroskopiske verden, " siger prof. Mittag.