Eine Frage, die Wissenschaftler seit Jahrhunderten umtreibt. Doch dank der Entwicklung einer neuen Technologie werden wir vielleicht bald in der Lage sein, die Antwort auf diese Frage selbst zu hören.
Mit Hilfe winziger molekularer Maschinen, die etwa ein Tausendstel so groß wie ein menschliches Haar sind, können Wissenschaftler jetzt „Mikrofone“ in Nanogröße bauen, die die Geräusche bakteriellen Lebens aufnehmen und weiterleiten können. Die Technologie ist noch nicht ganz ausgereift, aber sie ist schon jetzt sehr vielversprechend für die biomedizinische Forschung.
Die winzigen Sensoren passen genau in das Innere der Bakterien, wo sie durch ihre Bewegung die Vibrationen aufnehmen können, die von den Bakterien erzeugt werden, wenn sie sich bewegen und miteinander interagieren. Die Signale werden dann nach außen übertragen, so dass die Forscher verstehen können, was im Inneren vor sich geht.
Es ist zwar noch nicht bekannt, ob sie für die kommerzielle Nutzung zur Verfügung stehen werden, aber Sie können darauf wetten, dass, wenn diese Technologie populär genug wird, Sie Ihre eigenen Soundtracks aus dem Inneren der Bakterien haben werden, bevor Sie es merken!
Die Methode hinter den Klängen
Die Geräusche wurden mit einer neuartigen optischen Methode aufgenommen, der Quantenpunkt-unterstützten Fluoreszenzmikroskopie (QDEF). Dazu Prof. Mülhaupt: „Wir haben diese Methode entwickelt, um biologische Prozesse empfindlicher als bisher beobachten zu können.“ Im Grunde genommen haben sie eine fluoreszierende Siliziumbeschichtung auf winzige Goldpartikel, so genannte Quantenpunkte, aufgebracht, die leuchten, wenn sie von einem Infrarot-Laserstrahl getroffen werden. Die fluoreszierenden Quantenpunkte werden an Bakterien angebracht, wodurch es möglich wird.
Denn alle Zellen pulsieren ständig. Der Klang der Zellstruktur wird als „Soundtrack der Zelle“ bezeichnet, weil er durch Vibrationen in der Zellmembran erzeugt wird.
Das Forscherteam der Universität Michigan hat ein spezielles Instrument, einen so genannten „nano-optischen Strahl“, verwendet, um diese Töne hörbar zu machen – ohne die Zellen zu zerstören. Diese Art der Analyse ist nur mit dieser Art von Technologie möglich, und das alles dank der Nanotechnologie.
Wir Menschen haben das Glück, dass wir Töne in einem Bereich von 20 Hz bis 20 kHz hören können, aber die meisten Tiere haben ein viel beeindruckenderes Gehör. Die Ohren von Elefanten nehmen Töne bis zu 12 Hz auf, und Fledermäuse können bis zu 100 kHz hören! Das ist fünfmal höher, als das beste menschliche Ohr bewältigen kann.
Das ist der Grund, warum die Kommunikation zwischen den Arten so schwierig ist. Bakterien verwenden Boten-RNA, um auf ihre eigene Art und Weise miteinander zu kommunizieren, wie könnte ein Mensch also wissen, was sie sagen?
Die Antwort liegt in der Nanotechnologie – einem wachsenden Bereich, in dem Technologie auf atomarer Ebene eingesetzt wird, um Dinge zu tun, die für Wissenschaftler früher unmöglich zu bewerkstelligen waren. Wenn man zum Beispiel sehen will, wie sich ein Bakterium anhört, braucht man ein Gerät, das etwa so groß ist wie das Bakterium selbst, sonst funktioniert es nicht.
Nanosonden lösen das Problem
Wie funktioniert das also? Bei dieser Methode werden Nanosonden – winzige Geräte aus Gold- oder Silberatomen – verwendet, um RNA-Moleküle in elektrische Impulse zu übersetzen. Diese Impulse werden dann von unseren Hörgeräten in Schall umgewandelt: Lautsprecher
Um ihre Forschungen durchführen zu können, mussten die Wissenschaftler sehr kleine Laser und Photodetektoren im Nanomaßstab bauen und sie auf Bakterienzellen anbringen. Die Nanotechnologie ermöglichte es ihnen, die von Zellgruppen erzeugten Geräusche zu erfassen, ohne deren normale Wachstumsmuster oder Aktivitäten zu stören.