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Horizontaler Gentransfer: Meeresbakterien tauschen Gene über virenähnliche Partikel

Bakterien haben keinen Sex – dafür tauschen sie untereinander Erbgut aus, um ihre Genome aufzufrischen und neue Eigenschaften zu erwerben. Normalerweise geschieht das, indem zwei Zellen sich über eine als F-Pilus bezeichnete Plasmabrücke verbinden und darüber Genmaterial austauschen. Neben diesem als Konjugation bezeichneten Vorgang haben Forscher nun eine weitere Variante des horizontalen Gentransfers entdeckt: Forscher um die Meeresbiologin Lauren McDaniel von der University of South Florida beschreiben marine Bakterien, die virusähnliche Partikel produzieren und so anderen Bakterien Teile ihres Genoms zukommen lassen.

Das Team untersuchten mehrere Arten aus der Klasse der gramnegativen alpha-Proteobakterien, die diese als GTA (gene transfer agents) bezeichneten Partikel produzieren. Die GTA enthalten zufällig ausgewählte DNA-Fragmente aus dem Bakterium mit einer Länge von etwa 500 bis 1000 Basenpaaren.

Die Forscher testeten nun im Labor, ob diese Teilchen tatsächlich Erbgut in andere Bakterien transportieren können. Dazu erzeugten sie zunächst alpha-Proteobakterien mit einem Genfragment, das gegen die Antibiotika Kanamycin und Streptomycin resistent macht, und setzten dann natürliche Bakterienpopulationen den von diesen transgenen Organismen hergestellten GTA-Partikeln aus. In den so behandelten Bakterienpopulationen waren anschließend über hundert Mal so viele Bakterien kanamycinresistent, wie unter normalen Bedingungen zu erwarten gewesen wären. Doppelte Antibiotikaresistenzen traten dagegen nur extrem selten auf – die beiden Resistenzgene liegen in dem Fragment etwa 1000 Basenpaare auseinander und passen wohl nur in wenigen glücklichen Fällen gemeinsam in ein GTA-Partikel.

Obwohl enge Verwandte der Ursprungsorganismen die Gene bevorzugt aufnahmen, erwies sich fast die Hälfte aller kultivierbaren Arten empfänglich für die ungewöhnlichen Genfähren. Die Forscher gehen angesichts dieser Ergebnisse davon aus, dass die GTA nicht etwa eine Art Virus sind, sondern tatsächlich einen spezialisierter Mechanismus für den horizontalen Gentransfer darstellen, der ungleich effektiver ist als andere Strategien der Anpassung. (lf)

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  • Quellen
McDaniel, L. et al.: High Frequency of Horizontal Gene Transfer in the Oceans. In: Science 330, S. 50 – 51, 2010.

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