Nanobakterien Aliens im Blut

Unvorstellbar klein sind sie. So klein, dass kein Lichtmikroskop sie erfassen kann, weil ihr Durchmesser die Wellenlänge von sichtbarem Licht unterbietet. Selbst unter hochauflösenden Elektronenmikroskopen sind sie schwer zu finden. Neben einem Darmbakterium nehmen sie sich aus wie eine Murmel neben einem Medizinball. Verständlich also, dass die Forschung den sogenannten Nanobakterien zunächst wenig Beachtung schenkte, als ein Ruheständler zu Beginn der neunziger Jahre ihre Fährte aufnahm - in Sedimentbrocken aus dem frühen Erdaltertum, ausgegraben im italienischen Latium nahe Rom.

Robert Folk, emeritierter Professor von der University of Texas in Austin, legte die Steine aus den Thermen von Viterbo unters Rasterelektronenmikroskop und fand millionstel Millimeter, also Nanometer breite, fossile Kügelchen. Die Partikel waren rund fünfhundertmal winziger als eine normale Zelle, ein Zehntel so groß wie die bis dahin kleinste bekannte Lebensform, das Bakterium Mycoplasma genitalium, und damit viel zu klein, um je lebendig gewesen zu sein. Dennoch glaubte der Forscher zu erkennen, dass es sich bei den Carbonathüllen der winzigen Sphären um verkalkte Zellwände handelte. Folk war überzeugt, er habe es mit den versteinerten Überresten vitaler Zwergmikroben zu tun. Mit einer frühen und bislang unbekannten Lebensform, die den ersten Einzellern womöglich vorausgegangen war und welche er "Nannobacteria" nannte.

Terrestrisch geht's auch

Der Geologe ahnte nicht, welch erbitterter wissenschaftlicher Disput wenig später um seine Entdeckung entbrennen sollte. Amerikanische Forscher entdeckten ganz ähnliche Strukturen im rund vier Milliarden Jahre alten Gestein eines Marsmeteoriten. Es ging um die Frage, ob diese winzigen Dinger vielleicht eine Urform extraterrestrischen Lebens seien. Erst zur Jahrtausendwende stellte sich dann heraus, dass die mutmaßlichen Außerirdischen entstehen, wenn irdische Biomasse unter bestimmten Bedingungen zerfällt. Vor zwei Jahren schließlich enttarnten französische Forscher die Entdeckung von Erbgut in den vermeintlichen Bakterien als Fehler. Man kam zu dem Schluss, dass es sich bei den Partikeln schlicht um komplexe Mischkristalle aus Proteinen und Mineralien handeln musste - und schlug als Namen schlicht "Nanon" vor.

Was nicht heißt, dass die Erforschung der Nanobakterien oder Nanons damit beendet wäre. Denn was Robert Folk ebenfalls nicht geahnt hatte: Seine Findlinge sind nicht nur mutmaßliche Relikte einer vergangenen geologischen Epoche. In Studien mehren sich die Anzeichen, dass die winzigen Hohlkugeln aus Eiweiß und Mineralsalzen auch die leibhaftige Gegenwart bevölkern. Forscher berichteten, wie die vermeintlichen Zwergbakterien sich als Kontamination in Laborkulturen vermehrt und Zellen regelrecht zugrunde gerichtet hatten. Und Versuche zeigten, dass die kleinen Sonderlinge unbemerkt und in bislang unbekannter Truppenstärke auch durch den menschlichen Körper flottieren. Woher kommen sie? Was führen sie im Schilde

Hausgemachte Begleiter

Weltweit befasst man sich nun eifrig mit diesem eigenartigen Forschungsobjekt, das zwar nicht im eigentlichen Sinne lebt, sich aber eigenständig fortzupflanzen scheint. Ein Widerspruch auf den ersten Blick. Doch John Young und sein amerikanischer Doktorand Jan Martel von der Chang Gung University in Taiwan haben inzwischen gezeigt, dass die so oft dokumentierte Vermehrung der Nanons mit den Laborkulturen selbst zusammenhängt.

Die Partikel entstehen nicht durch Teilung, sondern durch einen spontanen Kristallisationsprozess aus gelösten Mineralien, vor allem Calcium, und dem üblicherweise zugesetzten Rinderprotein (Serumalbumin) des Nährmediums. Das Team aus Taiwan kann jetzt unter anderem erklären, warum die schon kommerziell erhältlichen, angeblich für Nanobakterien spezifischen Antikörpertests auf Kuheiweiß reagieren. Und warum viele der vorgelegten Nanobakterien-Studien zu zweifelhaften Ergebnissen kamen.

Ihre weit wichtigere Erkenntnis lautet: Die vermeintlichen Marsmikröbchen sind auch im System Mensch keine Aliens, sondern hausgemachte Begleiter, die in Blut, Speichel und Urin wahrscheinlich durch ähnliche Kristallisationsvorgänge wie in der Zellkultur entstehen. Was nicht einmal überraschend ist, da es sich bei den meisten Körperflüssigkeiten um übersättigte Lösungen verschiedener Mineralsalze, Proteine und weiterer Stoffe handelt. Dass in diesem Milieu nicht fortlaufend Carbonate, bestimmte Calciumsalze oder andere Feststoffe ausfallen und beispielsweise die Arterien verstopfen, ist in erster Linie Transporteiweißen wie Albumin, Fetuin oder Apolipoproteinen zu verdanken, die die gelösten Stoffe einfangen und aus dem chemischen Gleichgewicht entfernen.

Beihelfer zu Nierensteinen?

Was aber, wenn die Kapazität dieser Vehikel ausgeschöpft ist? Martel und Young konnten inzwischen zeigen, dass das mit Calciumphosphat vollgepackte Fetuin selbst als Kristallisationskeim agiert und sich mit anderen überlasteten Proteinen zu Gebilden fügt, die den beschriebenen Nanons gleichen. Den Biochemikern zufolge lässt sich die Zusammensetzung der Nanons im Reagenzglas sogar steuern, indem man Art und Menge der gelösten Bausteine verändert. Sie sind überzeugt, dass deren Bildung Teil eines natürlichen Prozesses ist, der auch wichtig für die Mineralisierung von Knochen sein könnte.

Fest steht immerhin, dass es sich nicht um infektiöse Krankheitserreger handelt, die sich aufgrund ihrer geringen Größe durch die Luft verbreiten und eine unkontrollierbare Bedrohung darstellen - dergleichen hatte vor wenigen Jahren noch ein Forscher von der Universität Mainz gemutmaßt.

Die Möglichkeit, Nanons nun in definierter Zusammensetzung im Labor herzustellen, ermöglicht es, ihre tatsächliche Bedeutung als Pathogen zu beleuchten. Denn neben der rein giftigen Wirkung auf Zellen, wie man sie in Laborkulturen beobachtet hatte, werden die nanoskopischen Hausfreunde des Menschen mittlerweile mit den unterschiedlichsten Gebrechen in Verbindung gebracht. Eines der Leiden, bei denen man einen Zusammenhang schon lange vermutet und erforscht, ist die Bildung von Nierensteinen, die zum überwiegenden Teil aus Calciumablagerungen entstehen, häufig aus Apatit.

Vielleicht auch nützlich?

Vor wenigen Jahren spürten amerikanische Mediziner die Nanopartikel in verkalkten Blutgefäßen auf. Inzwischen hat man sie außerdem in Ablagerungen an Herzklappen gefunden und glaubt, dass sie für seltene Calciumablagerungen in Hodenkanälchen verantwortlich sind, die zu Unfruchtbarkeit führen können. Doch die Nanons richten nicht bloß Schaden an.

Da gerade das Calciumphosphat Apatit für die Knochen- und Zahnbildung wichtig ist, wird nun vor allem in China an Nanons im Speichel geforscht. Wissenschaftler der Sichuan University haben in aktuellen Veröffentlichungen sogar angekündigt, dass man mit Hilfe von Nanobakterien Apatit zielgerichtet in den Zahnschmelz einbringen und somit Kariesschäden und Risse reparieren will.

Weiter reichende Therapien, die sich entweder gegen die biologischen Nanopartikel richten oder sie umgekehrt nutzen, seien aber noch nicht in Sicht, sagen Martel und Young. Hilfreich ist das Wissen um Wirkung und Verhalten der biologischen Nanons trotzdem. Schließlich existiert bereits eine Vielzahl synthetisch hergestellter Minipartikel, die in handelsüblichen Produkten wie Sonnencreme oder Zahnpasta zum Einsatz kommen.

Zurück zur Entstehung des Lebens

Nanoteilchen sollen Energie sparen helfen, Materialien mit neuen Eigenschaften ermöglichen, Lebensmittel verbessern und mitunter Krebsgeschwüre vernichten. Zugleich fürchten Verbraucherschützer und Umweltverbände die noch nicht abzuschätzenden Folgen. Vor allem jene für die Gesundheit: Ihre extrem geringe Größe verleiht nämlich selbst Nanopartikeln aus bekannten Stoffen völlig neue Eigenschaften, die im Körper - neben beabsichtigten Effekten - unvorhergesehene Reaktionen provozieren könnten. Zum Beispiel Ablagerungsprozesse, wie sie das Team in Taiwan jetzt bei den Nanons erforschte.

Manche Forscher wollen derweil immer noch nicht ausschließen, dass Nanostrukturen, wie sie Robert Folk vor zwanzig Jahren fand, an der Entstehung des Lebens zumindest beteiligt waren. Der inzwischen 84-jährige Folk glaubt ohnehin fest daran, dass sie mehr sind als nur ein Randphänomen. Als der Disput 1996 einen Höhepunkt erreichte, trat er im Fachmagazin Science zur "Verteidigung der Nannobakterien" an: "Genug!", schrieb Folk. Nanobakterien seien in den von ihm untersuchten Proben so reichlich vorhanden gewesen, dass er glaube, sie bildeten "einen überwiegenden Teil der Biomasse auf der Erde".

Wer nach wie vor Zweifel an dieser These hegt, dem hält der emeritierte Geologe auf seiner Universitätswebpage entgegen: "Das Thema macht natürlich alle Biologen rasend, die nicht gern mit ihren eigenen Waffen geschlagen werden."