I naturen, bakterier förekommer mest i flercellskollektiv, snarare än som individer. De är kapabla att samordna sitt beteende, med vissa arter som till och med kan röra sig tillsammans i svärmar. Den yngre forskargruppen för biologisk kemi vid universitetet i Konstanz undersöker hur organismer kan manipulera och, framför allt, hämma denna typ av beteende. Gruppledare och huvudutredare Dr Thomas Böttcher, hans team och doktorandforskaren Sina Rütschlin (född Richter) har undersökt biosyntesen av en av dessa svärmande inhibitorer, upptäckt att dess produktion beror på specifika förhållanden på bakteriecellens substratnivå. Det finns en viktig evolutionär aspekt av detta:arbetsgruppen kunde demonstrera hur bakterieceller producerar olika naturliga ämnen med minimal ansträngning. I framtiden, dessa fynd kan mycket väl komma att spela en viktig roll för att bekämpa infektionssjukdomar och antibiotikaresistens. De har publicerats i det aktuella onlinenumret av vetenskapstidskriften Cellkemisk biologi .

Svärmning gör bakterierna mycket mer resistenta mot antibiotika. Ibland, svärmande bakterier tolererar till och med en tio- eller hundrafaldig ökning av antibiotikadosen. Medan en post-doc i USA, Thomas Böttcher kunde isolera två bakteriestammar från ett prov av röda alger: Vibrio alginolyticus , som svärmar snabbt, och Shewanella alger, som hämmar denna rörelse, begränsar sin rivals drivkraft mot expansion. Shewanella alger uppnår detta genom utsöndring av en så kallad siderofor, som produceras av själva stammen och låter bakterierna ta upp järn(III)järn från miljön.

Frågan är:exakt hur produceras denna siderofor? När du sekvenserar bakterierna, forskarna hittade ett genkluster som kan vara ansvarigt för sideroforproduktion på cellnivå. "Vårt främsta fynd var att tvärtemot vad vi hade förväntat oss, enzymet producerar inte den relevanta sideroforen på grund av dess specificitet, men att det är den cellulära substratpoolen som styr produktionsprocessen", säger kemisten, som är stipendiat vid Zukunftskolleg vid universitetet i Konstanz. Studien visade att det isolerade enzymet hade sin huvudsakliga specificitet för en helt annan metabolit jämfört med den levande cellen. Det verkar som om cellen kan reglera sina byggstenar för att producera en metabolit som det ansvariga enzymet inte nödvändigtvis skulle gynna, men som gynnar cellen på viktiga sätt.

"Bakteriecellen manipulerar substraten för att producera tre metaboliter samtidigt. Detta skapar variabilitet, som möjliggör effektiv produktion av en mängd olika metaboliter", förklarar Thomas Böttcher. Detta, i tur och ordning, driver snabb evolutionär anpassning.

Det finns konsekvenser av att enzymet inte verkar vara specialiserat på produktion av en huvudmetabolit, men att flera metaboliter skapas, vars produktion regleras på substratnivå. En vanlig praxis hittills har varit att introducera gensekvenser från miljöprover till väl hanterbara laboratoriebakterier, leder till produktion av metaboliter. Dock, som forskarna visade, dessa metaboliter kanske inte är de som produceras i naturen. Det är därför mycket viktigt att känna till cellens substratpool för att kunna förutsäga de korrekta produkterna.