Verbreitung von Resistenzen : Mechanismus für Gentransfer bei Bakterien entdeckt

Bakterien haben keinen richtigen Sex. Ihr Erbgut streuen und vermischen können sie trotzdem viel gezielter und effektiver, als bislang vermutet.

Nicht außerirdisch. Sondern innerbakteriell: Phage beim Andocken.
Nicht außerirdisch. Sondern innerbakteriell: Phage beim Andocken.Foto: Biozentrum Uni Basel

Bakterien sind ziemlich flexibel. Sie können sich sehr schnell anpassen, wenn es nötig ist. Ermöglicht wird ihnen das auch durch Mechanismen, die etwa Pflanzen oder Tieren nicht oder kaum zur Verfügung stehen. Bei Letzteren müssen meist für eine Anpassung günstige Mutationen neu auftreten und sich in dem von Darwin „natürliche Selektion“ genannten Prozess durchsetzen. Im Gegensatz dazu steht Bakterien für ihre Evolution neben solchen Neumutationen ein breites Angebot bereits veränderter Gene zur Verfügung.

Docken und Gene tauschen

Diese sitzen allerdings meist in anderen Bakterien der gleichen Art oder auch ganz anderer Arten. Übertragen werden können solche Gene etwa durch eine Art Bakterien-Sex, bei dem Mikrobenzellen aneinander andocken und Genmaterial austauschen. Das sitzt auf kleinen Extra-Erbgutmolekülen (Plasmiden), und Sex ist auch nur ein Behelfswort für den Vorgang, da sie keine Nachkommen auf diese Weise erzeugen. Ein anderer Mechanismus läuft über Viren ab, die Bakterien infizieren. Diese sogenannten Phagen vervielfältigen sich in Bakterien, ihr Erbmaterial kann sich auch in das Chromosom des Bakteriums integrieren. Bisher ging man davon aus, dass dieser Prozess, ähnlich wie eine Mutation, gleichsam als Unfall bei der Vervielfältigung dieser Viren in der Bakterienzelle auftritt. „Man dachte, dass das Bakterien-Chromosom sehr stabil sei und nur gelegentlich unfallartig zusätzlich zum Genmaterial des Phagen auch Teile des Bakterien-Erbgutes in den Virenpartikeln verpackt werden“, sagt José Penadés, Mikrobiologie-Professor an der Universität Glasgow.

Ausschneiden, Verpacken, Versenden

Nun ergeben Versuche von Penadés und seinen Kollegen aus Glasgow und Singapur bei Bakterien der Art Staphylokokkus aureus ein ganz neues Bild: Offenbar hat sich in Co-Evolution ein optimierter Mechanismus dieser Art „Transduktion“ genannten Gentransfers entwickelt. Hierbei werden sehr effektiv und gleichsam am laufenden Band große Mengen Bakterien-Erbmaterial, das in der Nähe der in das Chromosom eingebauten Virengene liegt, in Phagen-Partikel verpackt. Wenn die Bakterienzelle zerstört wird - auch ein Effekt der Phagen-Infektion - werden sie frei und können andere Bakterien infizieren und ihnen auch Genmaterial übergeben.

Gene, die diese bakteriellen Krankheitserreger gefährlicher oder auch resistent gegen Antibiotika machen können, fanden sich vergleichsweise häufig in den Abschnitten, die so zu anderen Bakterienzellen übertragen werden können. Zudem ist auffällig, dass gerade krank machende und oft Resistenzen entwickelnde Bakterienstämme im Schnitt mehr Phagen-Material im Chromosom tragen als andere. „Ich wäre nicht überrascht, wenn sich das auch bei anderen Bakterien zeigt“, sagt Penadés. Der Mechanismus sei für Phagen und Bakterien hilfreich und könne der wichtigste überhaupt sein, mit dem Erreger Resistenzen erwerben.

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