Virusähnliche Partikel beschleunigen die Evolution von Bakterien, indem sie genetische Informationen viel schneller austauschen als bisher angenommen.
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Im Ozean können Gene mit überraschender Leichtigkeit von einem Bakterium auf ein anderes übertragen werden. Laut den Autoren einer im Fachblatt Science veröffentlichten Studie liegt dies an ungewöhnlichen Partikeln, die Viren ähneln. Solche Partikel, Gentransferagenten (GTAs) genannt, schleusen 1.000 bis 100 Millionen Mal häufiger als bisher angenommen neue DNA-Fragmente in das Bakteriengenom ein. Dies deutet darauf hin, dass GTAs eine wichtige Rolle im Evolutionsprozess spielen.
Bakterien sind dafür bekannt, häufig genetische Informationen auszutauschen, aber der Mechanismus dieses Austauschs ist noch nicht klar. Der Mikrobiologin Lauren McDaniel von der University of South Florida und seinen Kollegen ist es gelungen, dieses Geheimnis aufzudecken.
Horizontaler Gentransfer (wenn genetische Informationen außerhalb der genealogischen Sequenz übertragen werden – vertikal, von den Eltern auf die Nachkommen) hilft, die schnelle Anpassung von Bakterien an die Umwelt zu erklären, insbesondere den Erwerb von Resistenzen gegen Antibiotika. Wenn ein Bakterium ein "nützliches" Gen hat, kann es es mit anderen "teilen", was ihre Überlebenschancen erhöht.
Horizontaler Gentransfer kann entweder durch direkten Kontakt von Zelle zu Zelle oder durch mobile genetische Elemente, sogenannte Plasmide, oder durch bakterielle Viren (Bakteriophagen) erfolgen, die oft die Wirtszelle zerstören, bevor sie ihren Wohnort wechseln.
Der Hauptzufluchtsort von GTA ist die Proteinhülle des Wirtsbakteriums, wodurch GTA einige Fragmente des Bakteriengenoms mit sich nimmt. In den letzten 30 Jahren waren GTAs nur sporadisch Gegenstand von Laborforschung.
Ein Forscherteam hat gentechnisch veränderte GTAs hergestellt, die das Tn5-Transposon enth alten, das für die Resistenz gegen das Antibiotikum Kanamycin kodiert. Tn5 wurde aus rein praktischen Gründen ausgewählt – eine Resistenz gegen Kanamycin ist im Labor nicht schwer nachzuweisen, indem man die Bakterien einfach mit einem Antibiotikum behandelt und die Überlebenden identifiziert. Die Wissenschaftler verpackten die modifizierten GTAs dann in Beutel, die mit Wasser von verschiedenen Küstenorten gefüllt waren, und tauchten sie in den Ozean, um die natürlichen Bedingungen so genau wie möglich nachzuahmen. Am nächsten Tag erwiesen sich bis zu 47 % der in den Tüten lebenden Bakterien als Träger des Kanamycin-Resistenzgens. Es ist höchst unwahrscheinlich, dass dieses Gen auf andere Weise erworben wurde. Darüber hinaus geschah dies mit einer Vielzahl von Bakterienstämmen, was auf die "Unlesbarkeit" von GTA hinweist.
„GTAs sind sehr einzigartig“, sagt der Biologe Yevgeny Kunin, der an den National Institutes of He alth (Maryland, USA) arbeitet. „Ihre einzige Funktion scheint die Weitergabe von Genen zu sein.“Letztes Jahr analysierten Kunin und eine Gruppe von Kollegen die Genome von Meeresviren und sagten voraus, dass GTAs eine führende Rolle beim horizontalen Gentransfer im Ozean spielen könnten. Er sagt, McDaniels Forschung habe seinen Verdacht bestätigt, indem sie gezeigt habe, wie oft GTA die Übertragung genetischer Informationen von einem Meeresmikroorganismus auf einen anderen vermitteln kann.
John Paul, einer der Autoren der Veröffentlichung, sagt, dass auf diese Weise eine Vielzahl genetischer Informationen übertragen werden kann und nicht nur Resistenzen gegen eine bestimmte Art von Antibiotika. Diese Studie kann zu einem tieferen Verständnis der Evolutionsprozesse und verschiedener Eigenschaften von Bakterien führen, insbesondere ihrer Pathogenität und Resistenz gegenüber verschiedenen Medikamenten.
