Soziale Amöben sind faszinierende Naturkünstler: Meist leben sie als eigenständige Einzeller im Boden. Wenn die Nahrung knapp wird, schließen sie sich jedoch zu mehrzelligen Fruchtkörpern zusammen. Deren Sporen können ähnlich wie die Samen eines Löwenzahns an neue, nahrungsreichere Orte gelangen. Bisher gingen Expertinnen und Experten davon aus, dass sich die Mikroorganismen dabei vor allem über chemische Botenstoffe verständigen, die sie in ihre Umgebung abgeben – vergleichbar mit einer Flaschenpost im Ozean.
Kommunikationssystem aus Nanoröhren
Ein Team des Jenaer Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI) und des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ an der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat in Kooperation mit Forschungsteams aus Cambridge (UK) und Bengaluru (Indien) nun entdeckt, dass Amöben zusätzlich eine Art direkte Tunnelleitung nutzen. Mithilfe hochauflösender Live-Mikroskopie wiesen die Forscher bei Amöben sogenannte „Tunneling Nanotubes“ (TNTs) nach. Diese winzigen Membranschläuche können mehr als 200 Mikrometer lang werden, was für eine Amöbe einer enormen Langstreckenverbindung entspricht.
„Die mikroskopischen Tunnelleitungen auf Bildern festzuhalten, war für uns eine echte technische Herausforderung“, sagt der Erstautor der Studie, Dr. Harikumar R. Suma. „Amöben sind wahrlich keine Fans heller Lichtquellen und bewegen sich bei Beleuchtung rasch davon. Dadurch reißen die Tunnelverbindungen schnell ab und sind nur für wenige flüchtige Momente sichtbar. Wir mussten bei der Beobachtung also mit den flinken Zellen Schritt halten.“
Tunnel-Netzwerk im Stresstest
Besonders überraschend war die Reaktion der Amöben im Stresstest. Dafür beeinträchtigten die Forschenden gezielt das innere Zellgerüst, das den Zellen Form und Beweglichkeit verleiht und zugleich die Nanoröhren stabilisiert. Doch der Tunnelbau kam bei geschwächtem Zellskelett nicht etwa zum Erliegen. Im Gegenteil: Die Amöben bildeten rund 25-mal so viele Tunnel wie unter normalen Bedingungen.
Im Inneren des Tunnelsystems beobachteten die Forschenden eine wertvolle zelluläre Fracht: Mitochondrien, die „Kraftwerke der Zellen“, und andere Zellbestandteile. Auch im Stresstest war zu sehen, wie diese Fracht zwischen benachbarten Zellen transportiert wurde. „Dieses Verhalten erinnert an eine Art zelluläres Erste-Hilfe-Netzwerk“, erklärt Suma. „Die Amöben scheinen die Tunnelverbindungen zu nutzen, um wichtige Zellbestandteile weiterzugeben. Welche Rolle dieser Transportmechanismus unter Stress genau spielt, müssen weitere Untersuchungen zeigen.“
Spurensuche in der Evolution der Zellkommunikation
Die Ergebnisse, die im Fachjournal PNAS Nexus erschienen sind, reichen weit über die Mikrobiologie hinaus. Bislang kannte man solche oder ähnliche Tunnelverbindungen vor allem aus Zellen von Säugetieren und Bakterien. Dass nun auch vergleichsweise ursprüngliche Einzeller wie Amöben diese Technik beherrschen, liefert neue Hinweise auf frühe Formen der Zellkommunikation.
„Damit sich im Laufe der Evolution vielzelliges Leben entwickeln konnte, mussten einzelne Zellen lernen, eng miteinander zu kooperieren“, erläutert Prof. Pierre Stallforth, Professor für Bioorganische Chemie und Paläobiotechnologie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena und Leiter der Paläobiotechnologie am Leibniz-HKI. „Die Nanoröhren der Amöben zeigen uns einen direkten Mechanismus, der eine solche Zusammenarbeit bei der Entstehung von Vielzelligkeit ermöglicht haben könnte.“
Internationale Expertise
Für die Studie bündelte das Team unterschiedliche fachliche Expertisen. Robert R. Kay vom MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge brachte seine langjährige Erfahrung mit der sozialen Amöbe Dictyostelium ein. Sandeep M. Eswarappa vom Indian Institute of Science in Bengaluru ergänzte die Zusammenarbeit durch seine Expertise zu Tunneling Nanotubes in Säugetierzellen und stärkte damit insbesondere die zellbiologische Perspektive. Gemeinsam mit Harikumar R. Suma und Pierre Stallforth vom Leibniz-HKI gewann das Team so neue Erkenntnisse in einem Forschungsfeld, das beispielhaft für das Ziel des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ steht: die Wechselwirkungen von Mikroorganismen und ihre Bedeutung für das Gleichgewicht mikrobieller Gemeinschaften besser zu verstehen.
Universität Jena
Originalpublikation:
Harikumar R Suma, Robert R Kay, Sandeep M Eswarappa, Pierre Stallforth, Nanotubes enable intercellular communication in early-branching eukaryotes, PNAS Nexus, Volume 5, Issue 7, July 2026, pgag238, https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgag238
