Minimales Modell reaktiven Wechselns zwischen Untergruppen: eine Bakterienspezies hat zwei Untergruppen B und P zwischen denen Bakterien zufällig wechseln. Zusätzlich wechselt die Untergruppe B der “normalen” Bakterien als Reaktion auf die konkurrierende Spezies A in die sich langsam teilende, widerstandsfähigere Untergruppe P. © Haas et al., Phys. Rev. Res., 2022
Die verschiedenen Spezies von Mikroben in komplexen ökologischen Gemeinschaften, wie etwa dem menschlichen Mikrobiom, weisen oft verschiedene Untergruppen auf, welche man Phänotypen nennt. Zwischen diesen können Mikroben sowohl zufällig oder auch als Reaktion auf Umwelteinflüsse, wie von Konkurrenten freigesetzte Toxine oder Antibiotika, wechseln. Pierre Haas, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme und am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik, der auch am Zentrum für Systembiologie Dresden tätig ist, analysierte zusammen mit Kollegen an der Universität Cambridge die ökologischen Auswirkungen eines solchen reagierenden Wechselns. Die Forscher verknüpften eine statistische Analyse von Systemen mit vielen Spezies, eine numerische Studie eines minimalen Modells mit nur zwei Spezies, und exakte Berechnungen für noch einfachere mathematische Modelle dieses reaktiven Wechselns. Sie konnten zeigen, dass reaktives Wechseln in einen seltenen Phänotypen im Allgemeinen destabilisierend wirkt, während reaktives Wechseln in einen seltenen “Angriffs”-Phänotypen im Durchschnitt stabilisierend ist. Eine ähnliche “Angriffs”-Untergruppe einer Bakterienspezies wurde kürzlich experimentell beobachtet, was die Bedeutung reaktiven Wechselns für ökologische Stabilität unterstreicht.
Originalpublikation
Pierre A. Haas, Maria A. Gutierrez, Nuno M. Oliveira, and Raymond E. Goldstein, "Stabilization of microbial communities by responsive phenotypic switching"
, Phys. Rev. Research 4, 033224. doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.033224