Der überraschende strukturelle Grund, warum Ihr Küchenschwamm ekelhaft ist
Ein Schwamm ist ein besserer Nährboden für bakterielle Vielfalt als eine Petrischale
Forscher der Duke University haben eine grundlegende, aber überraschende Tatsache herausgefunden: Ihr Küchenschwamm ist ein besserer Inkubator für vielfältige Bakteriengemeinschaften als eine Petrischale im Labor. Aber es sind nicht nur die eingeschlossenen Essensreste, die dafür sorgen, dass sich eine Fülle von Mikroben tummelt, sondern auch die Struktur des Schwamms selbst.
Diese verschiedenen Bakterienarten - die jeweils in einer anderen Farbe leuchten, damit die Forscher ihr Wachstum verfolgen können - gedeihen dank ihrer strukturierten Umgebung in Harmonie miteinander
Andrea Weiss, Zach Holmes and Yuanchi Ha, Duke University
In einer Reihe von Experimenten zeigen die Wissenschaftler, wie verschiedene Mikrobenarten die Populationsdynamik der anderen beeinflussen können, je nach Faktoren ihrer strukturellen Umgebung wie Komplexität und Größe. Einige Bakterien gedeihen in einer vielfältigen Gemeinschaft, während andere eine solitäre Existenz bevorzugen. Und eine physische Umgebung, in der beide Arten ihr bestes Leben führen können, führt zu einem Höchstmaß an biologischer Vielfalt.
Der Boden bietet diese Art von optimaler, gemischter Umgebung, und das gilt auch für Ihren Küchenschwamm.
Die biomedizinischen Ingenieure von Duke sagen, dass ihre Ergebnisse darauf hindeuten, dass strukturelle Umgebungen von Industrien berücksichtigt werden sollten, die Bakterien für Aufgaben wie die Beseitigung von Umweltverschmutzung oder die Herstellung kommerzieller Produkte einsetzen.
Die Ergebnisse wurden am 9. Februar online in der Zeitschrift Nature Chemical Biology veröffentlicht.
Bakterien sind wie Menschen, die eine Pandemie durchleben - einige finden es schwierig, isoliert zu sein, während andere gedeihen", sagte Lingchong You, Professor für biomedizinische Technik in Duke. "Wir haben gezeigt, dass es in einer komplexen Gemeinschaft, in der es sowohl positive als auch negative Wechselwirkungen zwischen den Arten gibt, ein Zwischenmaß an Integration gibt, das die Gesamtkoexistenz maximiert.
Mikrobengemeinschaften mischen sich in der Natur in unterschiedlichem Maße. Der Boden bietet viele Ecken und Winkel, in denen verschiedene Populationen wachsen können, ohne dass es zu großen Interaktionen mit ihren Nachbarn kommt. Das Gleiche gilt für einzelne Wassertröpfchen auf den Blattspitzen.
Aber wenn der Mensch viele Bakterienarten zu einem strukturlosen Brei zusammenschmeißt, um Produkte wie Alkohol, Biokraftstoff und Medikamente herzustellen, dann geschieht das normalerweise auf einem Teller oder sogar in einem großen Bottich. In ihren Experimenten zeigen You und sein Labor, warum es für die Industrie klug sein könnte, einen strukturellen Ansatz für ihre Produktionsbemühungen zu wählen.
Die Forscher versahen etwa 80 verschiedene E. coli-Stämme mit einem Barcode, so dass sie deren Populationswachstum verfolgen konnten. Dann mischten sie die Bakterien in verschiedenen Kombinationen auf Labor-Wachstumsplatten mit einer Vielzahl potenzieller Lebensräume, die von sechs großen Vertiefungen bis zu 1 536 winzigen Vertiefungen reichten. Die großen Vertiefungen entsprachen Umgebungen, in denen sich Mikrobenarten frei mischen können, während die kleinen Vertiefungen Räume nachahmten, in denen die Arten unter sich bleiben können.
Unabhängig von der Größe der Lebensräume waren die Ergebnisse gleich. In den kleinen Vertiefungen, die mit einer Handvoll Arten begannen, entwickelte sich eine Gemeinschaft, in der nur ein oder zwei Stämme überlebten. Auch in den großen Brunnen, die mit einer großen Artenvielfalt begannen, blieben am Ende des Experiments nur ein oder zwei Arten übrig.
"Die kleine Portionierung schadete den Arten, die auf Interaktionen mit anderen Arten angewiesen sind, um zu überleben, während die große Portionierung die Mitglieder eliminierte, die unter diesen Interaktionen leiden (die Einzelgänger)", so You. "Aber die mittlere Portionierung ermöglichte eine maximale Vielfalt von Überlebenden in der mikrobiellen Gemeinschaft.
Die Ergebnisse, so You, schaffen einen Rahmen für Forscher, die mit verschiedenen Bakteriengemeinschaften arbeiten, um zu testen, welche strukturellen Umgebungen für ihre Zwecke am besten geeignet sind. Sie weisen auch darauf hin, warum ein Küchenschwamm ein so nützlicher Lebensraum für Mikroben ist. Er ahmt die verschiedenen Trennungsgrade nach, die man im gesunden Boden findet, 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 dieser ein noch besserer Inkubator für die mikrobielle Vielfalt ist als alle getesteten Laborgeräte.
"Wie sich herausstellte, ist ein Schwamm ein sehr einfacher Weg, um eine mehrstufige Portionierung zur Verbesserung der gesamten mikrobiellen Gemeinschaft zu erreichen", so You. "Vielleicht ist er deshalb so schmutzig - die Struktur eines Schwamms ist einfach ein perfektes Zuhause für Mikroben."
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