Eine E. coli-Zelle hat kein Gehirn und riecht, erinnert und entscheidet trotzdem. Der Mechanismus heißt Chemotaxis, und ein Essay von James Somers und Edwin Morris auf jsomers.net erklärt ihn so: Meldet ein Rezeptor in der Membran eine steigende Lockstoff-Konzentration, sinkt die Phosphorylierung des Botenproteins CheY, der Flagellenmotor wechselt seltener die Richtung, und die Zelle hält ihren Kurs in Richtung Futter.
Angestoßen hat mich der Text diese Woche über die Tech-Seite news.hada.io, wo der Essay geteilt wurde. Ich habe kurz gezögert, weil es eben keine Produktmeldung ist, sondern ein langer Erklärtext über ein Bakterium. Aber nach zwei Absätzen war ich drin.
Wie funktioniert Chemotaxis bei E. coli?
Die Zelle navigiert komplett über Chemie, ohne Nervensystem. Laut Quelle erfassen Sensoren in der Membran, ob die Konzentration eines Lockstoffs gerade zu- oder abnimmt; steigt sie, geht die CheY-Phosphorylierung zurück, und der Flagellenmotor hört häufiger auf, seine Richtung zu wechseln, sodass die Zelle geradeaus weiterschwimmt. Was mich daran packt: E. coli weiß nie, wo das Fressen liegt. Es weiß nur, ob es ihm gerade besser geht als vorher.
Erinnert sich eine Bakterienzelle wirklich?
Die Quelle schreibt ihr so etwas wie Geruchssinn, Antriebskraft und sogar ein Gedächtnis zu: Sie nimmt ihre jüngste Umgebung wahr und verarbeitet sie weiter. Zum Tragen kommt dabei einer der Grundbausteine der Biologie, den der Essay hervorhebt, nämlich wie chemische Modifikationen Zustand speichern und weitergeben. CheY ist in dieser Lesart weniger Signal als Schreibplatte.
Ist die Zelle damit ein Computer?
So weit gehen die Autoren tatsächlich: Chemotaxis stellt E. coli in ihrem Text nicht als Darmplage dar, sondern als exquisit ausgefeilten physikalischen Computer. Der Flagellenmotor gilt ihnen als eines der raffiniertesten Stücke molekularer Nanotechnologie. Und der Prozess gilt als Sieg der Systembiologie, weil wir ihn ganzheitlich und zugleich in fast jeder Detailtiefe verstehen, wie die Quelle betont. Die beiden Autoren mögen übrigens Schulbiologie nicht, in der es vor allem um Namenslisten geht, und setzen dagegen auf schmale, tiefe Fragen.
Kurz beantwortet
Wofür steht „Chemotaxis“? „Chemo“ für chemisch, „taxis“ kommt laut Quelle vom griechischen τάξις und heißt etwa Taktik. Es ist also wörtlich Chemie-Taktik.
Warum lohnt der Essay, wenn Bio in der Schule nervte? Weil er nicht Namen abfragt, sondern eine einzige Frage von allen Seiten dreht: Wie findet eine Tüte denkender Chemikalien Futter?
Der komplette Essay von James Somers und Edwin Morris liegt auf jsomers.net; die Meldung darüber kursierte über news.hada.io. Ganzen Text lesen lohnt sich allein für die Passagen über den Flagellenmotor.
Mein Lieblingsschlussgedanke ist eine Frage, die die Quelle natürlich nicht beantwortet: Was würde passieren, wenn man den Stand von phosphoryliertem CheY in einer Zelle künstlich einfrieren könnte? Wäre sie dann gedächtnislos und schwimmt einfach stur geradeaus, egal wie gut es links riecht?