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Die sprechenden Keime: Entschlüsselung der mikrobiellen Linguistik und Kognition

2021

Die Sprache ist ein Kennzeichen für höhergeordnete Kreaturen. Der Mensch hat einen hochkomplexen Prozess entwickelt, der die Organisation von Tausenden von Wörtern umfasst, von denen jedes eine Bedeutung hat. Wir sind jedoch nicht allein in der Fähigkeit, miteinander zu sprechen. In den letzten Jahrzehnten haben Forscher gezeigt, dass Tiere auch in der Lage sind, - wenn auch nur ansatzweise - zu kommunizieren.

Die meisten spekulativen Studien fanden in den 1950er Jahren statt und brachten eine Reihe von Erkenntnissen hervor, die darauf hindeuten, dass die jeweilige Sprache universell verwendet wird. Die Methoden unterscheiden sich von uns und manifestieren sich in Gesichtsausdrücken, Körpergesten, Lautäußerungen und sogar Gerüchen, um eine Botschaft zu vermitteln. Es gab jedoch kaum Zweifel an der Verständigung und sogar die Sprache blieb während der gesamten Evolution erhalten. Es war nur eine Frage der Zeit, bis dieselbe Hypothese für einzellige Organismen einschließlich Mikroben aufgestellt wurde.

Obwohl die mikrobielle Sprachtheorie vor sechzig Jahren begann, wurde der Nachweis dieser Fähigkeit erst 1994 vollständig erklärt, als festgestellt wurde, dass das Bakterium Pseudomonas aeruginosa mit anderen Zellen kommuniziert. Das Verfahren war chemischer Natur in Form von N-Acyl-L-homoserinlactonen (AHLs). Jede AHL lieferte ein Signal, das andere Bakterien in der Nähe auf eine bestimmte Weise reagierte. Die Sprache hieß Quorum Sensing (QS) und galt als Basis für soziale Interaktion. Mit zunehmender Suche wurde QS in mehreren anderen Mikroben gefunden, einschließlich Staphylococcus E. coli Salmonella und sogar in Pilzen.

Während die Suche nach einer Charakterisierung von QS in Bakterien in vollem Gange war, hatte der Versuch, die Linguistik hinter diesem Phänomen zu entschlüsseln, nur begrenzten Erfolg. Obwohl Hinweise darauf hinwiesen, dass diese Signale mit Antibiotikaresistenz, erhöhter Virulenz während der Infektion und sogar der Leistung der Mathematik zusammenhängen, hatten die Forscher immer noch Probleme, Signale in Sprache zu übersetzen. Das Problem lag in der Unfähigkeit, spezifische Mechanismen zwischen den AHLs und der Reaktion der Community zu identifizieren.

Um dies zu überwinden, verließ 2004 ein internationales Forscherteam die AHL in der Hoffnung, einen mikrobiologischen Rosetta-Stein zu finden. Sie entwickelten ein künstliches Netzwerk basierend auf einem anderen Signalmolekül, Acetat. Die Ergebnisse zeigten, dass Acetat tatsächlich mit einem Wort oder einer Phrase verwandt war, wie zum Beispiel mit einer Reaktion aus der Community. Wenn Acetat "ausgesprochen" wurde, wuchsen andere Bakterien ernsthaft. Wenn der Acetatspiegel abfiel, sanken auch die Bakterienzahlen.

Die Ergebnisse legen nahe, dass die Theorie der Signale als Wörter gültig ist. Bis 2009 wurden mehrere andere Botschaften gefunden, einschließlich Aufforderungen, die Virulenz zu erhöhen ( Angriff ), molekulare Hülle zu bilden ( Vertuschung ), zu schwärmen ( Bewegung ), biolumineszierende Moleküle zu produzieren ( Glühen ) und sich zu verklumpen (Zusammenballen). Doch während das Vokabular zunahm, tauchte eine Botschaft auf, die die Forscher frustriert und die Gesundheitsbehörden besorgt machte: Widerstand gegen Antibiotika .

Antibiotikaresistenz ist ein komplexer Prozess, bei dem eine Reihe verschiedener Signale verwendet werden. Studien zum Verständnis dieser Kommunikation haben jedoch zu mehr Fragen als Antworten geführt. Das Hauptthema befasst sich mit der Entdeckung kombinatorischer Botschaften. Im Gegensatz zum simplen Design des künstlichen Netzwerks könnten in der realen Welt mehrere Signale miteinander arbeiten und zu einer Reihe möglicher Reaktionen führen. Bakterien beschränkten sich nicht nur auf Konversationen mit einem Wort, sondern konnten auch einige Wörter zu einer Phrase zusammenfügen. Noch faszinierender ist, dass sie möglicherweise sogar die Fähigkeit haben, ähnlich wie Organismen höherer Ordnung zu kommunizieren.

Um dies zu beweisen, musste ein geeignetes Modell entwickelt werden. Letzte Woche lieferte ein Forscherteam aus dem Vereinigten Königreich ein solches Beispiel für mikrobielle Linguistik. Sie wählten zwei verschiedene Signale, 3-Oxo-C12-HSL ( Huddle ) und C4-HSL ( Cover-Up ) und suchten, ob diese Signale bei additiver oder kombinierter Anwendung unterschiedliche Reaktionen bei Pseudomonas aeruginosa hervorrufen würden. Zu ihrer großen Überraschung stellte die Gruppe fest, dass sich die Addition dieser beiden Signale gleichzeitig erheblich von der sequentiellen Addition unterschied. Anstatt eines allgemeinen Konsenses, sich in einer Richtung zu bewegen, zeigten die Bakterien eine Reihe unterschiedlicher Reaktionen auf die kombinierte Nachrichtenübermittlung.

Die Autoren schlugen vor, dass ihre Beobachtungen durch einen von zwei sprachlichen Mechanismen verursacht worden sein könnten. Das erste wäre ein "Horn und Glocke" -Ansatz, bei dem die Bedeutung der beiden Phrasen, so unterschiedlich sie auch sind (zusammenstecken und vertuschen ), zu einer gemischten Reaktion führen würde. Das andere, von dem sie glaubten, dass es wahr ist, war die Tatsache, dass die Mischung der beiden Phrasen eine zusammengesetzte Botschaft hervorbrachte, die eine völlig einzigartige - und vielleicht unbekannte - Bedeutung hatte. Dies deutet darauf hin, dass Bakterien oder zumindest P. aeruginosa eine kognitive Fähigkeit haben, gemischte Botschaften zu erkennen.

Obwohl die Daten vorläufig sind, stehen kognitivere Studien an Bakterien und die Entschlüsselung der kombinatorischen Kommunikation offen. Wenn wir uns weiter mit mikrobieller Linguistik befassen, werden wir vielleicht eines Tages in der Lage sein, die Sprache der Keime zu verstehen und zu lernen, mit ihnen zu sprechen. Für Beamte des öffentlichen Gesundheitswesens ist dies eine hervorragende Gelegenheit, neue Wege zu finden, um Infektionen zu verhindern und Bedrohungen durch Direktiven und nicht durch Waffen zu bekämpfen. Für den Rest von uns kann das Wissen uns endlich die Chance geben, die Keime zu erreichen und durch Kommunikation das immer entfernte Ziel eines friedlichen Zusammenlebens zu finden.

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