Maschinelles Lernen und Laborexperimente haben Wissenschaftlern Einblicke in die verschiedenen Sprachen gegeben, die Bakterien zur Kommunikation verwenden. Durch das Verständnis, wie Bakterien interagieren und unter welchen Umständen ihre Kommunikation gestört wird, können Forscher Probleme im Zusammenhang mit arzneimittelresistenten Bakterien lösen und Bioinformatiktechnologien vorantreiben.
In einem früheren Projekt fanden die Forscher heraus, dass die Störung der bakteriellen Kommunikation ein wirksames Mittel zur Bekämpfung multiresistenter Bakterien ist. Die Forschung des Teams zeigt, dass eine Störung der bakteriellen Kommunikation durch Blockierung dieser Moleküle Entzündungen reduzieren und Bakterien anfälliger für Antibiotika machen kann.
Die Sprache der Bakterien entschlüsseln: eine neue Grenze
Nun haben Forscher die Kommunikationssprache der Bakterien genauer unter die Lupe genommen. Sie verwendeten eine Kombination aus maschinellem Lernen und Nasslaborexperimenten, um alle etwa 170 bekannten Bakteriensprachen zu untersuchen. Durch ihre Analyse lernten die Forscher die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Bakteriensprachen kennen, die sowohl zur Zerstörung schädlicher Bakterien als auch zum Aufbau nützlicher „bakterieller Logikschaltkreise“ genutzt werden können.
Der erste Schritt bestand darin, eine maschinelle Lernanalyse durchzuführen, um Bakteriensprachen anhand ihrer molekularen Struktur zu gruppieren. Die Analyse ergab, dass die Sprachen dieser Gruppen einander ähnlicher waren als den Sprachen anderer Gruppen. Dies entspricht den menschlichen Sprachen: Englisch, Französisch und Niederländisch gehören beispielsweise zu einer Kategorie von Sprachen, während Arabisch und Hebräisch zu einer anderen gehören.
Bakterien verstanden und missverstanden: zentrale Erkenntnisse
Anschließend konnte das Forschungsteam experimentell nachweisen, dass die Bakterien die entsprechende Sprache bis zu einem gewissen Grad verstehen können. „Wir haben einen ‚Bakterien-Sprachcheck‘ durchgeführt und herausgefunden, dass Bakterien, die sehr ähnliche Sprachen sprechen, einander verstehen können, genauso wie die Niederländer etwas Deutsch verstehen können. Wir haben auch die Kommunikation zwischen Bakterien getestet, die sehr unterschiedliche Sprachen sprechen, und festgestellt, dass sie sich überhaupt nicht verstehen konnten – so wie ein Gespräch zwischen Finnisch-, Niederländisch- und Arabischsprachigen zu nichts führen würde“, sagte Christopher Jonkergouw, Doktorand, der die Studie leitete.
Mit diesen Werkzeugen zeigten die Forscher, dass wir die Zusammenhänge zwischen Bakteriensprachen genau abschätzen und vorhersagen können, ob sie verstanden werden können. Die Erkenntnisse sind wertvoll für die weitere Verfeinerung der neuen Behandlungsmethoden des Forschungsteams, haben aber auch Auswirkungen auf die Biotechnologie – Bakteriensprachen könnten zur Koordinierung von Aufgaben zwischen Gruppen in Bakteriengemeinschaften und sogar in bakteriellen Mikroprozessoren eingesetzt werden.
Referenzen: „Exploration of Chemical Diversity in Prokaryotic Interzellulär Quantitative Sensing Signaling Systems“, gemeinsam verfasst von Christopher Jonkergouw, Pihla Savola, Ekaterina Osmekhina, Joerivan Strien, Piotr Batys und Markus B. Linder, 25. Oktober 2023, „Angewandte Chemie International Edition“.
DOI:10.1002/ange.202314469
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily