Überlebenstrick Bakterien legen sich neues Äußeres zu

Neues Gewand, neues Glück: Um dem Aussterben zu entgehen, können Mikroorganismen vorsorglich ihr Aussehen variieren - ohne dabei ihre genetische Ausstattung zu verändern. Das erhöht die Chance, sich auch in neuer Umgebung zu vermehren.

Pseudomonas fluorescens: Genetisch identisch, aber äußerlich unterschiedlich
H.J.E.Beaumont

Pseudomonas fluorescens: Genetisch identisch, aber äußerlich unterschiedlich


London - Bei der Erhaltung ihrer Art gehen Bakterien kein Risiko ein: Verändert sich ihre Umgebung wiederholt und abrupt, geben sie den Versuch auf, sich ständig neu daran anzupassen. Stattdessen entwickeln sie laut einer neuen Studie schon vorsorglich mehrere Nachwuchsvarianten, die zwar genetisch identisch sind, aber ihre Gene unterschiedlich nutzen und damit auch verschiedene Erscheinungsbilder haben.

Mit dieser Strategie erhöhen die Bakterien die Wahrscheinlichkeit, dass zumindest eine dieser Varianten gut für die neuen Bedingungen gerüstet ist und überlebt, schreiben Hubertus Beaumont vom New Zealand Institute for Advanced Study und seine Kollegen im Fachmagazin "Nature". Lange brauchen die Mikroorganismen für ihre Veränderung demnach nicht: Im Labor fand die Umstellung schon nach neun Generationen statt.

Die Bakterien vom Typ Pseudomonas fluorescens wuchsen im Nährmedium, durften sich aber nicht ungehindert vermehren: Die Forscher veränderten immer wieder die äußeren Bedingungen der Kultur. Zuerst ließen sie die Bakterien beispielsweise in einem normalen Nährmedium wachsen. Dann entnahmen sie einige Zellen und gaben diese in eine Flasche mit einem Medium, das ständig geschüttelt wurde. Nach einiger Zeit wurden wieder einige der überlebenden Zellen entnommen und in ein unbewegtes Gefäß umgesiedelt.

Bekannter Trick im Kampf gegen das Immunsystem

Zuerst, so berichten die Wissenschaftler, bildeten sich sowohl im geschüttelten als auch im ungeschüttelten Medium immer wieder neue Bakterienvarianten, die jeweils Überlebensvorteile in ihrer aktuellen Umgebung hatten. Wurden sie jedoch umgesetzt, erwiesen sich die neuen Mutationen nicht selten als nachteilig, und die betreffende Variante starb aus. Also mussten die Bakterien wieder neue Modifikationen entwickeln, um diesen Nachteil zu kompensieren.

Auf Dauer war diese Strategie jedoch offenbar ungeeignet: Nach einiger Zeit beobachteten die Forscher, dass sich Bakterien bildeten, die zwar genetisch identisch waren, aber immer in zwei Erscheinungsformen vorkamen. Sie unterschieden sich von den ursprünglichen Bakterien durch neun Veränderungen, wobei es wohl vor allem die letzte war, die den Strategiewechsel ermöglichte.

Dieser auch Bet-Hedging genannte Vorgang habe sich bei zwei von zwölf Testkulturen entwickelt. Nach Ansicht der Forscher könnte sich dabei um eine der ersten evolutionären Lösungen handeln, die das Leben in ständig wechselnden Umgebungen ermöglichte. Das Prinzip ist nicht nur im Labor zu beobachten, sondern kommt auch unter natürlichen Bedingungen vor: Nicht wenige Krankheitserreger verwenden die Strategie, um das Immunsystem ihres Wirts auszutricksen.

"Unsere Experimente belegen, dass Risikostreuung eine sehr erfolgreiche Anpassung an sich rasch ändernde Umweltbedingungen ist", sagte Christian Kost vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena, einer der Autoren der Studie. "Wenn ein und derselbe Genotyp gleichzeitig mehrere Varianten hervorbringt, kann er schneller auf starke Änderungen der Lebensbedingungen reagieren."

hei/ddp

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