biotechnologie.de-Archiv 15. November 2016

Evolution: Gesunde Abhängigkeit bei Bakterien

Bakterien sind keine Einzelgänger, sondern gesellige Wesen, die sich an ihre Umgebung anpassen. Sich mit anderen Organismen zu verbinden, um von ihnen Nährstoffe zu erhalten, führt zu einer Abhängigkeit, die jedoch für das Überleben und die Evolution des Bakteriums durchaus positiv ist, wie Forscher vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie im Fachjournal „PLOS Genetics“ berichten. Sich ohne fremde Hilfe durchs Lebens zu kämpfen ist mitunter sehr mühsam. In der Natur gehen daher viele Lebewesen Bindungen ein, um ihr Dasein zu sichern. Das gilt auch für Bakterien. Mikroben, die durch eine Mutation einen bestimmten Stoff nicht mehr selbst herstellen können, holen sich diesen aus anderem Quellen. In früheren Studien zeigte sich bereits, dass Bakterien, die fremde Hilfe dazu in Anspruch nehmen, wesentlich besser wachsen als jene, die den Stoff allein produzieren. Evolutionäre Anpassung gefördert Forscher vom Jenaer Max-Planck-Institut für chemische Ökologie zeigen nun, dass es in der Evolution der Bakterien durchaus sinnvoll sein kann, die Selbständigkeit aufzugeben und sich zur Herstellung von Stoffen von anderen abhängig zu machen. Wie das Team um Christian Kost berichtet, betrifft das nicht nur den Erwerb neuer Eigenschaften, sondern auch den Verlust bestimmter Fähigkeiten. In beiden Fällen wird damit die evolutionäre Anpassung von Bakterien an die Umwelt und möglicherweise auch anderen Organismen vorangetrieben. Im Rahmen der Studie kultivierten die Forscher das Darmbakterium Escherichia coli unter optimalen Bedingungen. Nach Zugabe frischer Nährlösung wurden jeweils die Fähigkeiten der verwöhnten Bakterien sowie deren Erbsubstanz untersucht. Das Ergebnis: Bakterien, die ursprünglich bestimmte Stoffe wie Aminosäuren selbst herstellten, verloren diese Fähigkeit. Sie wurden von ihrer Umwelt abhängig, die mit diesen Nährstoffen angereichert war. „Zu unserer Überraschung fanden wir das gleiche Ergebnis, wenn keine Nährstoffe extern zugegeben wurden“, berichtet Glen D’Souza, Erstautor der Studie. Die Autonomen liefern Bakterien teilten sich in den Experimenten schnell in die Autonomen und die Nicht-Autonomen, die von den ersteren abhängig wurden. Mehr zum Thema: News: Spezielle Darmbakterien fördern Übergewicht  News: Kolibakterium: Genom deckt Irrtümer auf News: Wurzel: Katalog der bakteriellen Untermieter Warum Lebewesen in Wechselwirkung mit ihrer Umwelt die Selbstständigkeit aufgeben, war bisher unklar. Auch hier kann die Jenaer Studie eine Lücke schließen. Sie zeigt, dass der Verlust von Eigenschaften für die Entwicklung der Bakterien vorteilhaft sein kann und dadurch die evolutionäre Anpassung sogar vorangetrieben wird. Aber nicht nur das. „Die Erbsubstanz der abhängigen Bakterien war nicht nur an den Stellen verändert, die direkt an der Herstellung der Aminosäuren beteiligt sind, sondern es waren auch Gene verändert, die solche Stoffwechselprozesse über aktivierende oder hemmende Proteine steuern“, berichtet Christian Kost. Das heißt: die Anpassung in einer bakteriellen Lebensgemeinschaft kann auf verschiedene Weise geschehen. Abhängigkeit wirkt sich auf Genom der Bakterien aus Die Studie gibt auch Antwort darauf, warum die meisten Bakterien nicht zu kultivieren sind. Danach entwickeln Bakterienpopulationen sehr schnell eine metabolische Abhängigkeit von ihrer Umgebung, die wiederum zu einer Veränderung des bakteriellen Genoms führt. Mit dem neuen Wissen könnten künftig gezielt Bakterien für Lebensgemeinschaften ausgewählt werden, die das Wachstum oder die Abwehr von Krankheitserregern bei Menschen aber auch Pflanzen unterstützen. Als nächstes wollen die Jenaer Forscher untersuchen, wie die Größe von Bakterienpopulationen die Entwicklung von Abhängigkeit und damit die Veränderung ihrer Genome beeinflusst.