Bartonella ist der Darwin-Fink unter den Bakterien

11. Februar 2011, 19:46
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Erstmals haben Forscher nachgewiesen, dass auch Bakterien durch den Erwerb neuer Eigenschaften eine adaptive Radiation auslösen können

Am Beispiel des Krankheitserregers Bartonella konnte ein internationales Forscherteam erstmals zeigen, dass sich Bakterien durch den Erwerb einer molekularen "Injektionsnadel" zum Einspritzen bakterieller Proteine in Wirtszellen sehr viel effizienter an neue Wirtsorganismen wie den Menschen anpassen können. Die gewonnenen Erkenntnisse sind von grundlegender Bedeutung für das Verständnis der Evolution neuartiger Krankheitserreger.

Der Begriff "adaptive Radiation" beschreibt die rasche Entstehung einer Vielzahl von Arten aus einer Gründerpopulation als Folge der spezifischen Anpassung an verschiedene ökologische Nischen. Dieser fundamentale Prozess der Evolution trägt entscheidend zur Entstehung von Biodiversität bei. Adaptive Radiationen erfolgen immer dann, wenn ein Organismus entweder ein adaptives Merkmal ("evolutionary key innovation") neu erwirbt, mit dessen Hilfe er sich schnell an neuartige Nischen anpassen kann, oder wenn ein Organismus mit bestehendem adaptivem Merkmal auf eine fremde Umwelt mit unbesetzten Nischen trifft ("ecological opportunity").

Lehrbuchbeispiel Darwin-Finken

Das Lehrbuchbeispiel einer solchen explosiv verlaufenden Artbildung sind die Darwin-Finken auf den Galápagos-Inseln. Durch mannigfaltige Anpassung der Schnabelform haben sich bislang 14 bekannte Arten entwickelt, die so unterschiedlichste Nahrungsquellen nutzen können. Weitere Beispiele für adaptive Radiationen finden sich bei den Reptilien, Fischen, Insekten und Pflanzen. Allerdings weiss man bislang vergleichsweise wenig über diesen grundlegenden Artbildungsprozess bei den allgegenwärtigen Bakterien.

An der Universität Basel haben nun Forschende um den Infektionsbiologen Christoph Dehio vom Biozentrum in Zusammenarbeit mit dem Evolutionsbiologen Walter Salzburger vom Zoologischen Institut und weiteren internationalen Kollaborationspartnern erstmals ein gut belegtes Beispiel einer adaptiven Radiation bei Bakterien beschrieben und dessen molekulare Grundlage entschlüsselt. Untersucht wurde die Artbildung des bakteriellen Krankheitserregers Bartonella, bei dem jede seiner vielen nah verwandten Spezies jeweils spezifisch an einen bestimmten Säugerwirt und damit an eine ökologische Nische angepasst ist.

Parallele Evolution

Die detaillierte Untersuchung der Verwandtschaftsverhältnisse der Bartonella-Spezies führte überraschenderweise zum Nachweis von zwei parallel verlaufenden adaptiven Radiationen, wobei sich Abkömmlinge jeweils beider Radiationen an denselben Säugerwirt angepasst haben. Beispiele paralleler Evolution erleichtern die Untersuchung molekularer Evolutionsmechanismen. Die parallel verlaufenden adaptiven Radiationen der Bartonellen konnten auf den unabhängigen Erwerb desselben adaptiven Merkmals zur Wirtsanpassung zurückgeführt werden. Bei diesem Merkmal handelt es sich um eine molekulare Injektionsnadel ("Typ-IV-Sekretionssystem"), die einen auf den entsprechenden Säugerwirt angepassten Cocktail aus bakteriellen Wirkproteinen in die infizierten Wirtszellen einspritzt.

Da sich Bartonellen auch mehrfach spezifisch an den Menschen als Wirtsorganismus angepasst haben, sind die Forschungsergebnisse in zweifacher Hinsicht von großer Bedeutung: Einerseits für das grundlegende Verständnis der Evolution neuartiger Krankheitserreger des Menschen, andererseits im Hinblick auf die Erforschung neuer Ansätze zur Bekämpfung dieses Krankheitserregers. (red)

  • Bakterien der Gattung Bartonella haben sich im Laufe der Evolution an eine Vielzahl unterschiedlicher Wirten angepasst.
    foto: universität basel

    Bakterien der Gattung Bartonella haben sich im Laufe der Evolution an eine Vielzahl unterschiedlicher Wirten angepasst.

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