Sporenbildung bei Bacillus subtilis : Masse oder Klasse?
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W I S S EN S CH AFT
Strategien des Lebenszyklus
Sporenbildung bei Bacillus subtilis: Masse oder Klasse? ILKA BISCHOFS MAX-PLANCK-INSTITUT FÜR TERRESTRISCHE MIKROBIOLOGIE, MARBURG, BIOQUANT UND ZENTRUM FÜR MOLEKULARE BIOLOGIE, UNIVERSITÄT HEIDELBERG
Recent timelapse microscopy studies suggest that endospore forming bacteria encounter a quantity-quality tradeoff: Bacillus subtilis can either make more or better spores. Natural isolates employ different life-cycle strategies that are beneficial under different revival conditions. These findings have implications for our understanding of the ecology and evolution of sporulating bacteria and their use in biotechnological applications. DOI: 10.1007/s12268-020-1456-5 © Die Autorin 2020
ó Die bakterielle Endospore ist eine faszinierende Überdauerungsform: Nur Mikrometer klein, schützt sie das Genom im Sporenkern. Sie überdauert Hitze, Trockenheit und Nahrungsmangel – bis die Umweltbedingungen wieder geeignet sind. Dann keimt die Spore innerhalb von Minuten, und eine neue, vermehrungsfähige Zelle wächst aus ihr heraus. Ob eine Spore aus dem All das Leben auf unseren Planeten brachte, ist umstritten. Tatsache ist, dass Sporen den Weg in fast jede irdische Nische gefunden haben. Sie sind ˘ Abb. 1: Sporulation und Aufleben im Modellorganismus Bacillus subtilis. Bei der Sporulation teilt sich die Zelle zunächst asymmetrisch und nimmt die kleinere Zelle als Vorspore auf. Nach Bildung von Sporenkortex und Sporenhülle in der Mutterzelle lysiert diese und setzt die Spore frei. Das Aufleben umfasst die Keimung (bei der die Spore ihre Resistenz und Dormanz verliert) und das Auswachsen (bei der eine neue Zelle aus der gekeimten Spore herauswächst).
allgegenwärtig und ihre Bekämpfung gehört in Bereichen mit hohen Hygieneanforderungen zum Alltag. Auch ihre biotechnologische Nutzung als Vehikel für Impfungen, als Teil selbstreparierender Baustoffe, als biologisches Speichermedium zur Herkunftsnachverfolgung von Objekten oder ihre Nutzung für die Raumfahrt werden aktiv erforscht; schon heute werden Sporen industriell hergestellt, beispielsweise für den Einsatz in Probiotika in der Tierzucht und im biologischen Pflanzenschutz [1]. Sporen faszinieren Menschen seit ihrer ersten Beschreibung im
19. Jahrhundert durch Robert Koch und Ferdinand Cohn und werden bis heute intensiv studiert.
Spezielle Programme steuern Sporulation und Aufleben Die Sporulation und das Aufleben sind am besten in Bacillus subtilis erforscht (Abb. 1). Bei der Sporulation teilt sich das stäbchenförmige Bakterium asymmetrisch; die kleinere der beiden Zellen (Vorspore) wird anschließend von der größeren Mutterzelle umschlossen, reift in deren Inneren zur Spore heran und wird schließlich durch die Auflösung der Mutterzelle freigesetzt. Über 500 der mehr als 4.000 Bacillus-Gene sind an der Sporulation beteiligt. Eine quervernetzte Regulationskaskade koordiniert ihre Expression über beide Zellen hinweg [2]. Umgekehrt ist ein Drittel des Genoms am Aufleben beteiligt. Das Aufleben erfolgt in zwei Stufen: Bei der Keimung verliert
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