Mikrobiologie: Bakterien überleben Millennien per DNA-Wartung

Bakterien könnten bis zu einer halben Million Jahre lang lebensfähig überdauern, indem sie auch bei sonst ruhendem Energiespar-Stoffwechsel ihre Mechanismen zur Erbgutreparatur aktivieren. Dies schließen Forscher um Eske Willerslev von der Universität Kopenhagen nach der Analyse uralter Keime aus extremen Umweltnischen.

Permafrostboden in Nord-Kanada | Permafrostboden im nordwestlichen Kanada: Hier im Klondike, Distrikt Yukon, entnahmen Wissenschaftler seit Jahrtausenden tiefgefrorene Bodenproben. Im Labor isolierten sie daraus uralte Bakterien, die sich seit dem Einfrieren zwar nicht mehr vermehren konnten, trotzdem aber lebensfähig geblieben waren. Entscheidend dafür war für die Keime offenbar Enzyme aktivierbar zu halten, die Mutationen des Erbguts korrigieren.

Bislang fehlte eine Erklärung dafür, wie Bakterien in vereisten oder abgeschlossenen Lebensräumen wie tiefen Sedimenten oder Bernstein über sehr lange Zeiträume ihre Lebensfähigkeit erhalten. In Dauerformen wie Sporen müssten Mutationen in Folge äußerer Einflüsse das bakterielle Erbgut angreifen und nach und nach zerstören, weil die üblichen Reparaturmechanismen in der energiesparend eingefrorenen Zelle nicht mehr ablaufen. Modellrechnungen zufolge sollte deswegen nach spätestens einer Million Jahre jede DNA aus funktionslosen kurzen oder stark quervernetzen Fragmenten bestehen.

Willersleys Team analysierte nun Proben aus Permafrostböden auf noch lebensfähige Mikroben. Dazu isolierten und vervielfältigten sie längere DNA-Abschnitte von bis zu 600 000 Jahre alten, nicht sporenbildenden Bakterienspezies, die sich im ewigen Eis zwar nicht mehr hatten vermehren können, aber latent lebensfähig geblieben waren. Die Analyse der DNA ergab, dass im Erbgut typische im Laufe der Zeit auftretende Mutationen wie eine Umwandlung von Cytosin- zu Uracilbasen nicht gehäuft vorkamen: Sie musste also regelmäßig repariert worden sein. Offenbar aktivieren die uralten Bakterien im Permafrostboden dazu regelmäßig Teile ihres Stoffwechsels, wie weitere Messungen von Willersleys Team an den gefrorenen Proben nahelegen.

Die Wissenschaftler glauben, dass gerade Bakterien ohne die Fähigkeit, Sporen oder andere Dauerformen zu bilden – wie die von ihnen gefundenen Actinobacteria-Spezies – im ewigen Eis mit einem sehr lange funktionsfähig bleibenden Reparatursystem extrem lange überleben können. Solche Keime seien womöglich auch Kandidaten für ein mögliches Restleben auf dem Mars oder dem eisigen Jupitermond Europa, spekulieren die Forscher. (jo)