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Mikrobiologie: Der Preis der Effizienz

Viele Nachkommen zu zeugen, kommt die meisten Organismen teuer zu stehen. Denn was die Nachwuchsproduktion an Energien verbraucht, fehlt den Eltern später zum Leben. Dieses Dilemma gilt anscheinend auch für Viren.
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Langlebigkeit und erfolgreiche Reproduktion sollten sich eigentlich evolutionär gesehen prächtig ergänzen: Wer lange lebt, zeugt viele Kinder. In der Praxis jedoch stehen sich beide Lebensziele zumeist feindlich gegenüber. Denn wo nur begrenzte körpereigene Ressourcen Vorhanden sind, muss jeder Organismus sorgsam abwägen, wofür er sie verwendet. Ein Kompromiss wäre die ideale Lösung, behauptet entsprechend die Lebenszykus-Theorie: Jedes Wesen sollte genau so viel Nachwuchs in die Welt setzen, dass noch genügend Energien übrig bleiben, um den Lebensabend zu genießen.

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Bakteriophage | Bakteriophagen spezialisieren sich stets auf einen bestimmten Wirt, den sie dann zur Herstellung weiterer Viren benutzen. Die Phagen wurden unabhängig voneinander 1915 und 1917 entdeckt.
Nun sind weder der Begriff des Lebensabends noch der Ausdruck der Nachkommen für einen Bakteriophagen angemessen. Denn da er über keinen eigenen Stoffwechsel verfügt, sondern sich seines bakteriellen Wirtes bedient, um aus dessen genetischem Material neue Viren zu transformieren, spricht ihm so mancher Biologe ein Dasein als Lebewesen schlichtweg ab. Doch trotz seines ungewissen Status' folgt das Dasein eines Phagen verschiedene Zyklen: Er wird zusammengefügt, bricht aus dem Wirt aus, injiziert sein Erbgut in ein neues Opfer und erzeugt so mit Hilfe des Wirtes neue Phagen. Selbst der Tod ist Phagen vertraut: Finden sie über einen bestimmten Zeitraum keinen neuen Wirt, werden sie inaktiv – der virulente Kreislauf ist durchbrochen.

Die Ursache dieses "Phagentodes" ist noch nicht gänzlich geklärt. Vermutlich jedoch kommt das Ende der Viren mit einem Knall: Das Kapsid, die Proteinhülle des Virions reißt auf, und Teile des darin enthaltenen Erbgutes treten aus. Doch warum und unter welchen Umständen diese Proteinhülle reißt, wurde bislang nur wenig erforscht. Ein französisches Forscherteam nahm sich nun der weiteren Ursachensuche an – und kam zu interessanten Ergebnissen.

Als Versuchskaninchen dienten den Genetikern Marianne De Paepe und Francois Taddei von der Universität Paris 16 verschiedene Coliphagen-Stämme. Diese Viren haben sich auf das Bakterium Escherichia coli spezialisiert, unterscheiden sich jedoch in ihrer Virulenz und in der Anzahl der Nachkommen, die pro Wirtsbakterium produziert werden. De Paepe und Taddei verteilten nun die verschiedenen Phagen-Stämme auf das Wirtsmedium und verglichen anschließend über einen Zeitraum von 60 Tagen die Zahl der jeweils neu produzierten Viren mit der Anzahl der Coliphagen, die im Laufe der Zeit inaktiv geworden waren.

Interessanterweise hatten genau diejenigen Stämme eine höhere Mortalitätsrate, die pro befallenem Wirt eine größere Anzahl von Phagen produzierten. Je effizienter sie also die Ressourcen ihres Wirtes zu nutzten wussten, umso wahrscheinlicher blieb auf der anderen Seite ein nur kurzes "Überleben" außerhalb des Bakteriums.

Gleichzeitig entdeckten die Wissenschaftler innerhalb des Phagen-Bauplans zwei mögliche Ursachen für frühzeitiges Ableben: Denn beinhalteten die Viren sehr dicht gepackte DNA, zeigten sie eine höhere Mortalitätsrate als solche Stämme, deren Erbgut weniger komprimiert war. Die Wissenschaftler erklären sich dies mit dem innerzellulären Druck, der durch die DNA-Struktur entstehen kann. Dies könnte zudem erklären, warum auch solche Phagen häufiger und schneller inaktiv wurden, die nur eine dünne Kapsid-Wand aufzuweisen hatten.

Noch können die Forscher nicht genau angeben, wie die Reproduktionsrate mit der Instabilität der Coliphagen in Zusammenhang steht. Sie vermuten jedoch, dass die energetischen und kinetischen Prozesse, die zu einer hohen oder niedrigen Reproduktionsrate der Phagen führen, direkten Einfluss auf den Bau und damit die Überlebenswahrscheinlichkeit der Viren haben. Nicht nur die eigenen Ressourcen müssten demnach klug angelegt werden: Auch mit fremdem Erbgut sollte man nicht allzu großzügig verfahren. Denn Masse allein sichert eben auch nicht unbedingt das Überleben.

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