Wie Bakteriengemeinschaften von Virusinfektionen profitieren

8. Jänner 2018, 17:04
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Erbgut von Bakteriophagen macht Mikrobenpopulationen mitunter resistenter gegen Stress oder Antibiotika

Klosteneuburg/Wien – Einzelne Bakterien wehren mit ihrem Immunsystem potenziell tödliche Virusinfektionen ab – eine ganze Bakteriengemeinschaft verschafft sich damit hingegen nur Zeit, um Vorteile aus der Infektion zu ziehen, berichten österreichische Forscher. Wie ganze Gruppen einer Bakterienart auf äußere Einflüsse reagieren, könne man also nicht allein aus dem Verhalten der Individuen abschätzen, erklären sie im Journal "Nature Ecology and Evolution".

Die Forscher um Calin Guet vom Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg (NÖ) untersuchten das Wechselspiel von Escherichia coli-Bakterien und Lambda-Bakteriophagen (Viren, die Bakterien befallen). Beide sind gut erforscht, und es sind zwei unterschiedliche Infektions-Verläufe bekannt: Der Lambda-Phage wird entweder im Inneren der Bakterien vermehrt, zerstört anschließend ihre Außenhaut und wird in großen Mengen freigesetzt, während die Bakterien dabei sterben. Mitunter bringt er allerdings bloß sein Erbgut in jenes der Bakterien ein und weilt in ihnen über Generationen quasi als "Schläfer". Davon können auch die Bakterien profitieren, wenn der Phage nämlich nützliche Gene mitbringt, die etwa resistenter gegen Antibiotika oder Umweltstress machen.

Effektive Abwehr...

Für ein einzelnes Bakterium ist ein eingedrungenes Virus vor allem gefährlich, so die IST-Forscher um Calin Guet. Es wehrt sich mit einem primitiven Immunsystem ("Restriktionsmodifikationssystem"), welches das Viren-Erbgut zerstückelt. Dabei spielt es keine Rolle, ob Lambda als Killer (lytischer Zyklus) oder Schläfer (lysogener Zyklus) gekommen ist. Damit ist das Bakterium zwar ganz gut vor ihm geschützt, verpasst aber auch die Chance, virale Gene zu erwerben.

Ganz anders sieht es aus, wenn man eine ganze Bakterienpopulation betrachtet. Je besser ihr Immunsystem reagiert, umso öfter sind nach einiger Zeit Schläfer im Erbgut der Mikroben zu finden, so die Biologen. Die Restriktionsmodifikationssysteme verhindern die Infektionen dann nicht komplett, verschaffen der Bakteriengemeinschaft aber eine vorübergehende Atempause.

...oder profitable Infektion

Kleine Populationen würden öfter von tödlichen Viren heimgesucht als große, wo sich eher "Schläfer" breitmachen. Die Restriktionsmodifikationssysteme geben einer Bakterienpopulation genug Zeit zum Wachsen, damit sie die gefährlichste Phase übersteht, wenn sie nur wenige Individuen hat, verhindern aber nicht, dass sie später aus einer Infektion Vorteile zieht. Je länger diese Atempause ist, umso mehr Bakterien profitieren davon.

Dafür seien keine bisher unbekannten Mechanismen verantwortlich. "Was wir beobachtet haben, ist alles eine einfache Konsequenz der Populationsdynamiken der Interaktionen zwischen Bakterien und Viren", so die Forscher in einer Aussendung. Eine ganze Gemeinschaft sei eben mehr als die Summe ihrer Einzelteile, und wie sie sich in verschiedenen Situationen verhält, könne man nicht aus dem Gebaren einzelner Individuen ermessen. (APA, 8.1.2018)

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