Wie man Bakterien für die Umweltsanierung auswählt

Die Fähigkeit von Mikroben, eine Vielzahl von Verbindungen, darunter auch vom Menschen verursachte industrielle Schadstoffe, zu verstoffwechseln, bietet ein erhebliches Potenzial zur Lösung von Umweltproblemen. Allerdings sind die bisherigen Ansätze, die auf Bakterien basieren, noch wenig effektiv. Eine der größten Herausforderungen ist, die richtige Auswahl verschiedener Bakterien zu finden, die zusammen in einer mikrobiellen Gemeinschaft die größte gewünschte Wirkung entfalten.

In einer in Nature Communications veröffentlichten Studie haben Forscher*innen um Sara Mitri, assoziierte Professorin an der Abteilung für grundlegende Mikrobiologie der Fakultät für Biologie und Medizin der Universität Lausanne, unter Beteiligung des BIH Center for Regenerative Therapies (BCRT) eine neue Methode der künstlichen Selektion entwickelt, um die Bakteriengruppen zu identifizieren, die beim Abbau eines industriellen Schadstoffs am effizientesten sind. „Der von genetischen Algorithmen inspirierte Ansatz beruht auf der ’Selektion durch Disassemblierung’: ein Prozess, bei dem zufällige Gemeinschaften erzeugt, die effizientesten ausgewählt und dann zerlegt werden, um neue Gemeinschaften mit leicht veränderter Zusammensetzung zu schaffen. Ausgehend von 29 Zufallsgemeinschaften, die 18 Zyklen von Selektion und Rearrangement unterzogen wurden, gelang es uns, eine Gruppe von Mikroben zu schaffen, die deutlich effizienter waren als die ursprünglichen", erklärt Sara Mitri.

Die Studie zeigt auch, dass diese Strategie, die auch als ’gerichtete Evolution’ bekannt ist, nicht nur die Gesamtleistung einer Gemeinschaft verbessert, sondern auch kooperative Arten fördert. Der Erfolg einer Gemeinschaft hängt also nicht nur von den stärksten Bakterien ab. Tatsächlich verbessern einige Mikroorganismen, obwohl sie alleine weniger effizient sind, den Abbau, wenn sie in einer Gruppe auftreten. Diese Ergebnisse zeigen das Potenzial der künstlichen Selektion zur Optimierung von Mikrobengemeinschaften. Insbesondere ebnen sie den Weg für effizientere Anwendungen in verschiedenen Bereichen, die über die Umweltsanierung hinausgehen, wie z.B. die Biogasproduktion und die Entwicklung von Lebensmittelprobiotika.