In de natuur, bacteriën komen vooral voor in meercellige collectieven, in plaats van als individuen. Ze zijn in staat om hun gedrag te coördineren, waarbij sommige soorten zelfs in zwermen samen kunnen bewegen. De junior onderzoeksgroep biologische chemie aan de Universiteit van Konstanz onderzoekt de manieren waarop organismen kunnen manipuleren en, bovenal, dit soort gedrag te remmen. Groepsleider en hoofdonderzoeker dr. Thomas Böttcher, zijn team en promovendus Sina Rütschlin (née Richter) hebben de biosynthese van een van deze zwermremmers onderzocht, vinden dat de productie ervan afhangt van specifieke omstandigheden op het substraatniveau van de bacteriële cel. Daar zit een belangrijk evolutionair aspect aan:de werkgroep kon aantonen hoe bacteriecellen met minimale inspanning verschillende natuurlijke stoffen produceren. In de toekomst, deze bevindingen kunnen een belangrijke rol gaan spelen bij de bestrijding van infectieziekten en antibioticaresistentie. Ze zijn gepubliceerd in het huidige online nummer van het wetenschappelijke tijdschrift Cel Chemische Biologie .

Zwermen maakt bacteriën veel resistenter tegen antibiotica. Soms, zwermende bacteriën tolereren zelfs een tien- of honderdvoudige verhoging van de antibioticadosis. Terwijl een postdoc in de VS, Thomas Böttcher was in staat om twee bacteriestammen te isoleren uit een monster van rode algen: Vibrio alginolyticus , die snel zwermt, en Shewanella-algen, die deze beweging remt, het beperken van de drang van zijn rivaal om uit te breiden. Shewanella-algen bereiken dit door afscheiding van een zogenaamde siderofoor, die door de stam zelf wordt geproduceerd en de bacteriën in staat stelt ijzerijzer uit de omgeving te absorberen.

De vraag is:hoe wordt deze siderofoor precies geproduceerd? Bij het sequencen van de bacteriën, de onderzoekers vonden een genencluster die mogelijk verantwoordelijk is voor de productie van siderofoor op cellulair niveau. "Onze belangrijkste bevinding was dat, in tegenstelling tot wat we hadden verwacht, het enzym produceert niet de relevante siderofoor vanwege zijn specificiteit, maar dat het de cellulaire substraatpool is die het productieproces bepaalt", zegt de chemicus, die een fellow is van de Zukunftskolleg aan de Universiteit van Konstanz. De studie onthulde dat het geïsoleerde enzym zijn belangrijkste specificiteit had voor een geheel andere metaboliet in vergelijking met de levende cel. Het lijkt erop dat de cel zijn bouwstenen kan reguleren om een ​​metaboliet te produceren waar het verantwoordelijke enzym niet per se de voorkeur aan geeft, maar waar de cel op belangrijke manieren van profiteert.

"De bacteriecel manipuleert de substraten om tegelijkertijd drie metabolieten te produceren. Dit zorgt voor variabiliteit, die de efficiënte productie van een verscheidenheid aan metabolieten mogelijk maakt", legt Thomas Böttcher uit. Dit, beurtelings, zorgt voor snelle evolutionaire aanpassing.

Er zijn consequenties aan het feit dat het enzym zich niet lijkt te specialiseren in de productie van een hoofdmetaboliet, maar dat er verschillende metabolieten worden aangemaakt, waarvan de productie op substraatniveau wordt gereguleerd. Tot nu toe was het gebruikelijk om gensequenties van omgevingsmonsters te introduceren in goed beheersbare laboratoriumbacteriën, wat leidt tot de productie van metabolieten. Echter, zoals de onderzoekers hebben aangetoond, deze metabolieten zijn mogelijk niet de metabolieten die in de natuur worden geproduceerd. Het is daarom van het grootste belang om de substraatpool van de cel te kennen om de juiste producten te kunnen voorspellen.