WEBVTT 00:00:14.514 --> 00:00:15.682 Hallo und willkommen 00:00:15.682 --> 00:00:18.685 zu MicrobeThingsMacro - Mikroben ganz groß! 00:00:18.685 --> 00:00:22.622 einem Podcast, in dem wir in die faszinierende Welt der Mikroben eintauchen 00:00:22.889 --> 00:00:25.892 und uns von ihrer Vielfalt begeistern lassen wollen. 00:00:26.693 --> 00:00:29.596 Folge 3 - Bacillus subtilis - 00:00:29.596 --> 00:00:33.466 Tausendsassa zwischen Spülkästen und Beton. 00:00:33.466 --> 00:00:35.935 Es ist Herbst geworden 00:00:35.935 --> 00:00:39.906 und in vielen deutschen Bundesländern stehen die Herbstferien kurz bevor. 00:00:40.473 --> 00:00:43.476 Und Ferienzeit bedeutet oft Urlaubszeit. 00:00:43.910 --> 00:00:46.379 Wer gerne mit dem Auto in den Urlaub fährt, 00:00:46.379 --> 00:00:47.480 der hatte auch schon mit dem 00:00:47.480 --> 00:00:51.284 Mikroorganismus, um den es in der heutigen Folge gehen soll, etwas zu tun. 00:00:51.718 --> 00:00:53.987 Und ich muss sagen - zum Glück. 00:00:53.987 --> 00:00:57.390 Denn wie ihr gleich erfahren werdet, ist das betreffende Bakterium 00:00:57.390 --> 00:00:59.459 ein wahrer Superheld, wenn es darum geht, 00:00:59.459 --> 00:01:02.462 uns vor seinen gefährlichen Mitmikroben zu beschützen. 00:01:03.463 --> 00:01:06.199 Heute sprechen wir über Bacillus subtilis 00:01:06.199 --> 00:01:10.370 und der Ort, an dem die meisten von euch diesem Bakterium schon mal begegnet sind, 00:01:10.703 --> 00:01:13.740 lässt sich mit dem folgenden Geräusch wohl am besten beschreiben. 00:01:28.922 --> 00:01:31.891 Die Toilette einer Autobahnraststätte. 00:01:32.258 --> 00:01:36.196 Wessen erste Intuition jetzt Ekel war: Lasst mich das erklären. 00:01:36.963 --> 00:01:39.666 Eigentlich sorgt Bacillus subtilis nämlich dafür, 00:01:39.666 --> 00:01:42.902 dass es nicht ganz so eklig ist, wie es vielleicht sein könnte. 00:01:43.970 --> 00:01:46.339 Dem Spülwasser von Raststättentoiletten 00:01:46.339 --> 00:01:49.409 werden nämlich Sporen von Bacillus subtilis beigemischt. 00:01:49.943 --> 00:01:51.578 Bei Sporen handelt es sich, 00:01:51.578 --> 00:01:55.281 wie ihr vielleicht noch aus der Folge über Streptomyces coelicolor wisst, 00:01:55.482 --> 00:01:58.685 um eine resistente Überdauerungsform eines Bakteriums. 00:01:59.719 --> 00:02:03.056 Sporen werden oft in Reaktion auf Hungerzustände 00:02:03.056 --> 00:02:06.059 oder allgemein schlechte Wachstumsbedingungen gebildet 00:02:06.159 --> 00:02:08.928 und enthalten alle Informationen, die es braucht, 00:02:08.928 --> 00:02:12.165 damit sich aus ihnen bei verbesserten Wachstumsbedingungen wieder 00:02:12.165 --> 00:02:15.168 voll funktionale Bakterienzellen ausbilden können. 00:02:15.902 --> 00:02:19.472 Genau auf diese Fähigkeit setzt man auch bei Raststättentoiletten. 00:02:21.040 --> 00:02:23.209 Bacillus subtilis hat den sogenannten 00:02:23.209 --> 00:02:29.616 GRAS-Status, wobei GRAS oder G-R-A-S ein Akronym für “generally 00:02:29.649 --> 00:02:34.454 regarded as safe” oder auf Deutsch “allgemein als sicher angesehen” ist. 00:02:34.988 --> 00:02:36.222 Das heißt im Gegensatz 00:02:36.222 --> 00:02:39.759 zu vielen anderen Mikroorganismen, die sich so auf Raststättentoiletten 00:02:39.759 --> 00:02:43.830 tummeln können, wie beispielsweise das Darmbakterium Escherichia coli, 00:02:44.264 --> 00:02:47.534 ist Bacillus subtilis für den Menschen vollkommen ungefährlich. 00:02:48.334 --> 00:02:51.804 Es hat zudem den Vorteil, dass seine Sporen sehr lange überdauern 00:02:51.804 --> 00:02:55.742 können, sich sehr schnell entwickeln und sich die daraus entstehenden Zellen 00:02:55.742 --> 00:02:57.710 sehr schnell teilen und ausbreiten können. 00:02:59.312 --> 00:02:59.746 Sollten im 00:02:59.746 --> 00:03:03.016 Spülwasser also Bedingungen herrschen, die bakterielles Wachstum 00:03:03.016 --> 00:03:06.252 begünstigen, wächst vor allem das ungefährliche Bakterium Bacillus 00:03:06.252 --> 00:03:10.190 subtilis und unterdrückt durch sein schnelles Wachstum die Ausbreitung 00:03:10.190 --> 00:03:14.460 anderer in den meisten Fällen potenziell gefährlicher Mikroorganismen. 00:03:16.029 --> 00:03:18.431 Damit garantiert Bacillus subtilis also 00:03:18.431 --> 00:03:21.434 unser aller Sicherheit in der Reisezeit. 00:03:21.801 --> 00:03:24.704 Jetzt wird es aber Zeit, dass ich euch unseren kleinen Freund 00:03:24.704 --> 00:03:27.240 und Helfer, etwas im Detail vorstelle, 00:03:27.240 --> 00:03:30.243 wobei wir einen alten Bekannten treffen werden. 00:03:30.777 --> 00:03:34.647 Das erste Mal beschrieben wurde Bacillus subtilis nämlich von Christian 00:03:34.647 --> 00:03:35.815 Gottfried Ehrenberg, 00:03:35.815 --> 00:03:39.519 der auch schon in der Folge über Serratia marcescens eine Rolle gespielt hat. 00:03:40.620 --> 00:03:43.723 Bei der Erstbeschreibung von Bacillus subtilis ist ihm allerdings 00:03:43.723 --> 00:03:47.827 keiner zuvorgekommen, und so gilt seine Isolation des Bakteriums aus 00:03:47.827 --> 00:03:50.830 einem frischen Heuaufguss im Jahre 1835 00:03:51.130 --> 00:03:54.133 als erste Entdeckung dieser Mikrobe. 00:03:55.702 --> 00:03:56.569 Christian Gottfried 00:03:56.569 --> 00:04:00.673 Ehrenberg beschrieb das Bakterium noch als Heubazillus beziehungsweise 00:04:00.673 --> 00:04:05.912 Vibrio subtilis, also feines oder subtiles gekrümmtes Stäbchen. 00:04:06.813 --> 00:04:10.783 Etwa 50 Jahre später wurde das Bakterium dann von Ferdinand 00:04:10.783 --> 00:04:14.487 Julius Cohn in einer Bemühung, Bakterien besser zu klassifizieren, 00:04:14.487 --> 00:04:18.291 in Bacillus subtilis, also feines Stäbchen umbenannt. 00:04:18.858 --> 00:04:21.694 So sehr gekrümmt ist Bacillus nämlich auch gar nicht. 00:04:23.863 --> 00:04:24.430 Während es 00:04:24.430 --> 00:04:28.468 durchaus aus Wasser, Luft und auch Staub isoliert werden kann, 00:04:28.468 --> 00:04:32.505 handelt es sich bei Bacillus subtilis eigentlich um ein Bodenbakterium, 00:04:32.705 --> 00:04:36.042 worauf auch seine erste Isolation aus einem Heuaufguss hinweist. 00:04:36.743 --> 00:04:40.046 Dabei wächst es vor allem in den oberen Schichten und rund 00:04:40.046 --> 00:04:43.049 um lebende Wurzeln in der sogenannten Rhizosphäre. 00:04:43.449 --> 00:04:47.420 In dieser Umgebung sind Bakterien stark wechselnden Bedingungen ausgesetzt. 00:04:47.720 --> 00:04:51.658 So erfahren die oberen Bodenschichten häufig Schwankungen im Nährstoffgehalt, 00:04:51.658 --> 00:04:55.828 je nachdem, ob beispielsweise gerade ein Apfel vom Baum gefallen ist oder nicht. 00:04:56.462 --> 00:05:00.133 Zudem kann auch die Temperatur Werte von bis zu 40 Grad 00:05:00.133 --> 00:05:01.367 unter Sonneneinstrahlung 00:05:01.367 --> 00:05:04.704 oder sogar um mehrere Grad unter dem Gefrierpunkt erreichen, 00:05:05.104 --> 00:05:08.107 was das Bakterium vor zusätzliche Herausforderungen stellt, 00:05:08.107 --> 00:05:11.110 wenn es um das Sicherstellen seines Überleben geht. 00:05:12.445 --> 00:05:15.748 Genau hier kommen nämlich die schon angesprochenen Sporen ins Spiel. 00:05:16.115 --> 00:05:19.018 Dabei handelt es sich um sogenannte Endosporen, 00:05:19.018 --> 00:05:21.587 die innerhalb einer Mutterzelle gebildet werden. 00:05:21.587 --> 00:05:25.158 Diesen Prozess nennt man Sporulation und die freigesetzten 00:05:25.158 --> 00:05:28.561 Dauersporen haben eine bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit. 00:05:29.162 --> 00:05:33.633 So können sie sowohl extreme Hitze oder Kälte als auch Trockenheit, 00:05:33.633 --> 00:05:37.537 Nahrungsmangel, Druck und bestimmte Arten von Strahlung überstehen, 00:05:37.870 --> 00:05:41.407 nur um bei geeigneten Bedingungen innerhalb weniger Minuten neue 00:05:41.407 --> 00:05:43.743 Zellen zu bilden und sich weiter zu vermehren. 00:05:45.745 --> 00:05:48.314 Um zu untersuchen, wie groß diese Widerstands 00:05:48.314 --> 00:05:52.985 und Wiederauflebensfähigkeit ist, war Bacillus subtilis sogar schon im Weltraum. 00:05:53.720 --> 00:05:55.321 So startete am 16. 00:05:55.321 --> 00:05:59.792 April 1972 mit Apollo 16 die fünfte bemannte NASA Mission 00:05:59.792 --> 00:06:03.996 in Richtung des Erdmondes mit an Bord: Bacillus subtilis Sporen. 00:06:04.797 --> 00:06:08.267 Einige weitere Weltraummissionen und ein paar Jahre später konnten 00:06:08.267 --> 00:06:11.371 Forschende dann die Ergebnisse ihrer Experimente veröffentlichen. 00:06:12.205 --> 00:06:14.674 Die Sporen können die extremen Temperaturen, 00:06:14.674 --> 00:06:17.710 das Vakuum und die kosmische Strahlung im All überstehen, 00:06:18.211 --> 00:06:21.481 solange sie vor zu starker UV-Einstrahlung geschützt sind. 00:06:21.714 --> 00:06:24.717 was beispielsweise durch Meteoritenstaub erfolgen kann. 00:06:25.485 --> 00:06:28.488 Bis zu sechs Jahre später konnten aus diesen Sporen 00:06:28.488 --> 00:06:31.491 wieder neue lebensfähige Zellen entstehen. 00:06:31.591 --> 00:06:35.895 Weitere Experimente geben sogar Hinweise darauf, dass Bacillus subtilis Sporen, 00:06:35.895 --> 00:06:36.696 die eigentlich als 00:06:36.696 --> 00:06:40.199 lebensfeindlich betrachteten Bedingungen auf dem Mars überstehen könnten. 00:06:40.633 --> 00:06:42.235 Zumindest solange sie auch hier 00:06:42.235 --> 00:06:46.005 durch Staubpartikel oder ähnliches vor der starken Strahlung geschützt sind. 00:06:47.673 --> 00:06:49.342 Als wäre das nicht schon beeindruckend 00:06:49.342 --> 00:06:52.979 genug, konnte zudem gezeigt werden, dass Sporen von nahen Verwandten, 00:06:52.979 --> 00:06:57.150 von Bacillus, also genauer anderer Spezies aus der Gattung Bacillus 00:06:57.483 --> 00:07:00.486 Millionen von Jahren überdauern können. 00:07:01.087 --> 00:07:02.922 So gibt es Berichte von Forschenden, 00:07:02.922 --> 00:07:06.793 die Bacillus Sporen aus den Eingeweiden von Bienen wiederbelebt haben wollen, 00:07:07.026 --> 00:07:11.063 die vor etwa 25 Millionen Jahren in Bernstein eingeschlossen wurden. 00:07:11.764 --> 00:07:15.501 Sogar aus einem 250 Millionen Jahre alten Salzkristall, 00:07:15.501 --> 00:07:20.139 aus der sogenannten Salado Formation zwischen den US amerikanischen Staaten 00:07:20.139 --> 00:07:24.577 Texas und New Mexico, sollen Spuren isoliert und belebt worden sein. 00:07:25.244 --> 00:07:28.014 Solche Beobachtungen werden aber auch in der Wissenschaft 00:07:28.014 --> 00:07:30.483 stellenweise kontrovers diskutiert. 00:07:30.483 --> 00:07:34.754 Nun sollen kontrollierte Dauerexperiment helfen, der Frage auf den Grund zu gehen, 00:07:34.987 --> 00:07:38.491 wie lange Bacillus subtilis in seiner Sporenform überdauern kann. 00:07:39.759 --> 00:07:42.395 Jetzt wollen wir aber von der widerstandsfähigen Dauerform 00:07:42.395 --> 00:07:45.398 zurück zu den etwas lebendigeren Gegenstücken. 00:07:45.798 --> 00:07:48.601 Denn auch in seiner teilungsfähigen Zellform 00:07:48.601 --> 00:07:51.604 hat Bacillus subtilis noch einiges zu bieten. 00:07:51.737 --> 00:07:54.740 So wird es beispielsweise in Tierfutter eingesetzt. 00:07:55.107 --> 00:07:58.845 Aber auch Menschen nutzen seine Fähigkeiten in der Lebensmittelproduktion. 00:07:59.545 --> 00:08:03.282 Wer schon mal in Asien unterwegs war, dem sagt Natto vielleicht etwas. 00:08:03.749 --> 00:08:06.185 Dabei handelt es sich um ein traditionelles 00:08:06.185 --> 00:08:09.956 japanisches Lebensmittel, das aus Sojabohnen hergestellt wird. 00:08:10.756 --> 00:08:13.826 Diese werden hierfür zunächst gekocht und dann für einen Tag 00:08:13.826 --> 00:08:15.962 in Reisstroh eingewickelt. 00:08:15.962 --> 00:08:19.031 Um die Sojabohnen entsteht dann eine Art Schleim 00:08:19.031 --> 00:08:21.734 und sie bekommen einen sehr markanten Geruch. 00:08:21.734 --> 00:08:24.804 All das ist auf einen Fermentationsprozess zurückzuführen, 00:08:24.804 --> 00:08:28.207 der durch unseren kleinen Helfer Bacillus subtilis in Gang gesetzt wird. 00:08:28.908 --> 00:08:33.980 Genauer gesagt handelt es sich hierbei um die Subspezies Bacillus subtilis natto. 00:08:34.580 --> 00:08:37.917 Subspezies bedeutet, dass das Bakterium eindeutig 00:08:37.917 --> 00:08:41.954 der Art Bacillus subtilis zugeordnet werden kann, aber minimale 00:08:41.954 --> 00:08:45.958 Abweichungen aufweist und eine ganz kleine biologische Nische bewohnt. 00:08:46.859 --> 00:08:50.897 In der traditionellen Herstellungsweise ist diese Nische das verwendete Reisstroh. 00:08:51.397 --> 00:08:54.333 Heutzutage werden die Bakterien allerdings meist direkt 00:08:54.333 --> 00:08:57.336 während des industriellen Herstellungsprozesses zugegeben. 00:08:57.470 --> 00:09:01.040 Auch in der Biotechnologie findet Bacillus subtilis Anwendung. 00:09:01.440 --> 00:09:04.944 So wird es beispielsweise in der Produktion von Waschmittel Enzymen 00:09:04.944 --> 00:09:07.947 wie dem nach ihm benannten Subtilisin genutzt. 00:09:08.114 --> 00:09:13.486 Subtilisin ist eine sogenannte Protease, das heißt, es kann Eiweiße auch genannt 00:09:13.553 --> 00:09:17.290 Proteine spalten und dabei unter anderem helfen, Flecken 00:09:17.290 --> 00:09:18.891 aus unserer Wäsche zu entfernen. 00:09:18.891 --> 00:09:21.894 Und das ganz ohne dass wir superheiß waschen müssen. 00:09:22.428 --> 00:09:26.332 Auch das Antibiotikum Bacitracin und Riboflavin, 00:09:26.399 --> 00:09:30.670 auch bekannt als Vitamin B2, können neben vielen anderen Futterzusatz 00:09:30.670 --> 00:09:34.440 und Nahrungsergänzungsmitteln im Maßstab von vielen Tonnen jährlich 00:09:34.540 --> 00:09:37.310 durch Bacillus subtilis hergestellt werden. 00:09:37.310 --> 00:09:39.312 Und das war immer noch nicht alles. 00:09:39.312 --> 00:09:42.882 Vor kurzem wurde Bacillus subtilis erfolgreich in der Bauindustrie 00:09:42.882 --> 00:09:44.083 eingesetzt. 00:09:44.083 --> 00:09:48.154 Beton ist in diesem Kontext eigentlich das Sinnbild von Stabilität. 00:09:48.921 --> 00:09:52.124 Allerdings kann auch dieses Material mit der Zeit Risse bekommen. 00:09:52.525 --> 00:09:56.329 Wasser kann eindringen und Frost die festen Strukturen im Zweifelsfall 00:09:56.329 --> 00:09:58.064 sogar auseinander sprengen. 00:09:58.064 --> 00:10:00.900 Nicht aber mit Bacillus subtilis. 00:10:00.900 --> 00:10:04.537 Die Sporen werden in den Beton eingearbeitet und halten problemlos 00:10:04.537 --> 00:10:08.341 das alkalische Milieu und die hohen Temperaturen beim Aushärten aus. 00:10:08.708 --> 00:10:12.378 Solange der Beton intakt ist, bleiben sie in ihrer Überdauerungsform. 00:10:13.145 --> 00:10:16.916 Entstehen nun allerdings Risse im Beton, durch die Flüssigkeit eindringt. 00:10:17.183 --> 00:10:20.219 Leben die Sporen wieder auf und die Zellen des verwendeten 00:10:20.219 --> 00:10:24.056 Stamms von Bacillus subtilis können Kalziumkarbonat produzieren. 00:10:24.690 --> 00:10:28.494 Dabei handelt es sich um nichts anderes als Kalkstein, der die Risse 00:10:28.494 --> 00:10:32.198 im Beton verschließen und damit für langlebigere Bauten sorgen kann. 00:10:34.834 --> 00:10:38.371 Zuletzt ist Bacillus subtilis ein wichtiger Modellorganismus 00:10:38.371 --> 00:10:39.438 in der Forschung. 00:10:39.438 --> 00:10:42.775 Sein Genom, also der Bauplan, ist komplett entschlüsselt. 00:10:43.042 --> 00:10:44.276 Was es einfacher macht, 00:10:44.276 --> 00:10:48.180 Prozesse wie beispielsweise die Spekulation im Detail zu untersuchen. 00:10:48.781 --> 00:10:52.218 Zudem hat Bacillus Subtiles die Fähigkeit, Biofilme zu bilden. 00:10:52.551 --> 00:10:55.821 Eine Form des bakteriellen Lebens, die vor allem in der Forschung 00:10:55.821 --> 00:10:58.824 der letzten 20 Jahre eine zunehmende Rolle spielt. 00:10:59.325 --> 00:11:02.762 Hierbei können sich einzelne Bakterien zu einer großen Gruppe 00:11:02.762 --> 00:11:05.765 zusammenschließen, ähnlich einer Dorfgemeinde. 00:11:06.032 --> 00:11:09.568 Unterschiedliche Zellen können unterschiedliche Aufgaben übernehmen 00:11:09.568 --> 00:11:13.506 und stimmen sich untereinander ab, um das Überleben der Gemeinschaft zu sichern. 00:11:14.240 --> 00:11:18.244 Wer schon mal im Sommer am See war und die Bildung einer feinen, trüben 00:11:18.244 --> 00:11:21.714 Schicht, der sogenannten Kahmhaut auf dem Wasser bemerkt 00:11:22.014 --> 00:11:25.918 oder einen trüben Essig gekauft und den unförmigen Blob 00:11:25.918 --> 00:11:28.921 mit dem Namen Essigmutter daran hat herumschwimmen sehen, 00:11:29.388 --> 00:11:32.458 der hat sogar schon einen Biofilm im echten Leben beobachten können. 00:11:33.292 --> 00:11:37.630 Neben diesen alltäglichen Vorkommen gibt es Biofilme aber auch im Krankenhaus. 00:11:37.997 --> 00:11:40.766 Dort können sie auf Kathetern, Implantaten 00:11:40.766 --> 00:11:44.336 und medizinischen Instrumenten wachsen und sind ein echtes Problem. 00:11:45.237 --> 00:11:47.940 Im Vergleich zu ihren einzelligen Gegenstücken 00:11:47.940 --> 00:11:51.711 sind Biofilme nämlich sehr resistent gegen Desinfektionsmittel 00:11:51.711 --> 00:11:55.047 und Antibiotika und werden so zur wachsenden Bedrohung. 00:11:55.915 --> 00:11:59.251 Mit Bacillus subtilis bietet sich allerdings ein perfektes, 00:11:59.251 --> 00:12:02.521 ungefährliches Modellsystem an dem Forschende im Labor 00:12:02.521 --> 00:12:03.656 untersuchen können, 00:12:03.656 --> 00:12:06.192 wie diese Zusammenschlüsse so resistent werden, 00:12:06.192 --> 00:12:09.762 wie Zellen untereinander kommunizieren können und wie man das alles 00:12:09.762 --> 00:12:10.796 vielleicht verhindern 00:12:10.796 --> 00:12:14.900 und damit der wachsenden Bedrohung durch Biofilme etwas entgegensetzen kann. 00:12:16.769 --> 00:12:18.237 Heute konnte ich euch also 00:12:18.237 --> 00:12:21.707 einen wahren Tausendsassa der mikrobiologischen Welt näher bringen. 00:12:22.074 --> 00:12:24.977 Gerade diese Vielseitigkeit von Bazillus subtilis 00:12:24.977 --> 00:12:28.447 hat wohl auch dazu geführt, dass das Bakterium durch die VAAM, 00:12:28.881 --> 00:12:32.184 die Vereinigung für allgemeine und angewandte Mikrobiologie, 00:12:32.451 --> 00:12:35.521 zur Mikrobe des Jahres 2023 gewählt wurde. 00:12:36.122 --> 00:12:39.125 Ihr konntet heute also einen echten Star kennenlernen. 00:12:39.925 --> 00:12:43.863 Zwischen Spülkästen auf Raststätten und selbstheilendem Beton, 00:12:44.296 --> 00:12:47.299 der Herstellung von Waschmittel, Enzymen und Lebensmitteln. 00:12:47.767 --> 00:12:51.403 Bacillus subtilis ist ein fester, wenn auch leicht zu übersehener 00:12:51.403 --> 00:12:54.406 Bestandteil des alltäglichen Lebens ganz vieler Menschen. 00:12:55.374 --> 00:12:58.144 Ich hoffe, ich konnte euch für seinen Facettenreichtum 00:12:58.144 --> 00:13:01.847 und seine beeindruckende Anpassungs- und Widerstandsfähigkeit begeistern. 00:13:02.248 --> 00:13:04.917 Und vielleicht kommt euch die Folge ja in den Sinn, 00:13:04.917 --> 00:13:07.987 wenn ihr das nächste Mal euer Waschmittel in die Hand nehmt oder 00:13:07.987 --> 00:13:12.291 eben in der Reisezeit die Spülung einer Raststättentoilette betätigt. 00:13:13.325 --> 00:13:14.126 Damit sind 00:13:14.126 --> 00:13:17.663 wir am Ende dieser Folge angelangt und mir bleibt nur noch eins zu sagen. 00:13:17.897 --> 00:13:20.966 Vielen Dank fürs Zuhören und bleibt neugierig.