Baktieren können durch Gentransfer das genetische Material einer anderen Spezies aufnehmen. Doch warum genau tun sie das und unter welchen Bedingungen profitieren sie davon?
Eine einzelne Bakterienart verfügt über ein relativ kleines Genom und pflanzt sich nur durch das Kopieren der eigenen genetischen Information fort. In Gemeinschaft mit anderen Arten können Bakterien jedoch Genmaterial anderer existierender Arten aufnehmen und in ihr eigenes einbauen – man spricht von horizontalem Gentransfer. Doch können Bakterien tatsächlich ihre Überlebenschancen verbessern, indem sie genetisches Material anderer Spezies aufnehmen? Und wenn ja, welche Bedingungen müssen herrschen, damit dies einen Vorteil bringt? Diesen Fragen ist nun ein Forschungsteam nachgegangen.
In einem Evolutionsexperiment generierten Wissenschaftler eine Vielzahl von Hybriden zwischen dem Bacillus subtilis und verwandten Arten und bestimmten deren Fitness. Diese beschreibt, wie schnell sich ein Hybrid im Vergleich zum unveränderten Elternstamm vermehrt. Um die Anpassungsfähigkeit der Zellen zu testen, bestimmten die Forscher die Fitness der Hybride unter verschiedenen Umweltbedingungen, wie erhöhter Temperatur oder unterschiedlichen Nahrungsquellen. „Wir erhielten so zu jeder Bedingung eine andere Verteilung von Fitness-Effekten. Die wichtige Frage war nun, ob wir daraus vorhersagen konnten, ob horizontaler Gentransfer unter einer bestimmten Umweltbedingung die Anpassungsfähigkeit erhöht“, sagt Erstautorin Isabel Rathmann.
Um diese Vorhersagen zu testen, entwarfen die Wissenschaftler eine Umgebung, in der die Populationen der unterschiedlichen Hybride miteinander um Nährstoffe konkurrierten. Der Einsatz eines Hochdurchsatzsystems ermöglichte es, hunderte solcher Populationen über 450 Bakteriengeneration und unter verschiedenen Wachstumsbedingungen zu beobachten. Und tatsächlich: Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass mittels der Verteilung von Fitness-Effekten tatsächlich Vorhersagen über die Fitnesseffekte des Gentransfers gemacht werden können. Damit lässt sich nun vorhersagen, ob Gentransfer die Anpassung an bestimmte Wachstumsbedingungen beschleunigen kann.
„Wir fanden heraus, dass es unter den meisten Wachstumsbedingungen einige Hybride gab, die besser angepasst waren als der Elternstamm. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass ein geteilter genetischer Wissensschatz Bakterien helfen könnte, sich an bestimmte Umweltbedingungen anzupassen. Es gibt jedoch auch Bedingungen, unter denen Gentransfer keinen Vorteil bringt“, sagt Studienautorin Mona Förster. In Zukunft wird es interessant sein, mit der hier entwickelten Methode gezielt vorherzusagen, wann horizontaler Gentransfer die bakterielle Anpassung beschleunigt.
Dieser Text basiert auf einer Pressemitteilung der Universität zu Köln. Hier haben wir euch die Originalpublikation verlinkt.
Bildquelle: Annie Spratt, unsplash.
