Innerer Minikompass: Forscher enträtseln Magnetsinn von Bakterien

Ohne ihren Magnetsinn könnten die Bakterien Magnetospirillum gryphiswaldense nicht existieren. In ihrem Zellinnern stecken bis zu hundert winzig kleine Dauermagnete - sogenannte Magnetitkristalle -, die in einer nahezu perfekten Kette angeordnet sind. Diese Kette richtet die Bakterien ähnlich wie eine Kompassnadel im Erdmagnetfeld aus. Eine überlebenswichtige Fähigkeit: Die Schlammbewohner können so oben von unten unterscheiden und zielsicher jene Wasserschichten ansteuern, in denen sie optimale Lebensbedingungen finden.

Forscher des Bremer Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie und des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried haben nun herausgefunden, wie die Mikroorganismen ihren Mini-Kompass aufbauen. Bisher war es den Wissenschaftlern ein Rätsel, wie es die Einzeller schaffen, ihre Magnetosomen entgegen ihrer wechselseitigen magnetischen Anziehung in einer stabilen Kette anzuordnen.

Verantwortlich dafür ist ein bestimmtes Protein, berichten Dirk Schüler und seine Kollegen im Magazin "Nature" (Online-Vorabveröffentlichung). Dieses Protein richte die Magnetosomen entlang einer bisher unbekannten Zellskelett-Struktur aus. Damit sei erstmals der Nachweis gelungen, dass die Magnetosomenkette genetisch exakt reguliert werde. Zudem handle es sich dabei um eine der komplexesten Strukturen, die bisher in bakteriellen Zellen gefunden worden sei - vergleichbar jenen Zellorganellen, die man bisher nur von höheren Organismen kennt.

Die Bakterien Magnetospirillum gryphiswaldense hatten die Forscher im Schlamm eines kleineren Greifswalder Flusses entdeckt. Bei der näheren Untersuchung fiel den Bremer Forschern ein Gen auf, zu dessen Produkten auch Bestandteile jener Membranhülle gehören, die die Magnetosomenkristalle umschließt. Es gelang den Wissenschaftlern, das entsprechende Gen zu entfernen. Die genetisch veränderten Bakterien bildeten weiterhin Magnetosomenkristalle, diese ordneten sich jedoch nicht zu einer perfekt organisierten linearen Kette an - die Orientierung mit Hilfe des Magnetfelds war gestört.

Dass die Kettenstruktur der bakteriellen Nano-Magnete genetisch genau reguliert werde, könne auch für das Verständnis des Magnetsinns bei höheren Organismen bedeutsam sein, schreiben die Wissenschaftler. So ist etwa bekannt, dass einige Tiere - wie wandernde Lachse oder Tauben - in bestimmten Geweben Ketten von Magnetitkristallen bilden, die denen aus Bakterien verblüffend ähneln und möglicherweise durch einen verwandten Mechanismus entstehen.