Passende Themen
Von: Dennis L.
Neue Zelltypen aus dem Labor

Evolution von Bakterien zeigt wie Gene fusionieren

Bakterien passen sich durch Fusion zweier Gene an ihre Umgebung an. Änderungen in der DNA stellen somit ihr Überleben sicher. Laborexperimente zeigten nun, wie dabei neue Proteine entstehen.

Evolution von Bakterien: Gen-Fusion als Schlüssel zum Erfolg.
© CDC / wikipedia.org

Plön (Deutschland). Der Evolutionsbiologie Paul Rainey vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön hat in Zusammenarbeit mit Wissenschaftler aus Neuseeland untersucht, wie neue, besser an ihre Umgebung angepasste Zelltypen entstehen. Änderungen im Erbgut der untersuchten Bakterien führten zu einer Anpassung an die Umgebung, die das Überleben der kleinen Lebewesen garantieren soll. Die Laborexperimente zeigten, dass neue Eigenschaften durch die Fusion zweiter Gene entstehen können. Teilweise kam es während des Vorgangs dazu, dass Gene durch einen neuen Promoter kontrolliert wurden, was sie veranlasst hat größere Mengen eines Proteins zu bilden. Ein anderes Experiment zeigte, wie zwei Gene miteinander fusionierten. Es entstand so ein neues Protein, dass Teile der beiden ursprüngliche Gene enthält. Dieser Effekt tritt auch bei höheren Lebewesen wie dem Menschen auf.

Die Ergebnisse der Experimente stellten die Wissenschaftler auf der Webseite der Max-Planck-Gesellschaft vor. Die Wissenschaftler konnten in ihren Experimenten nachweisen, dass Mutationen, also Änderungen im bestehenden genetischen Code, dafür sorgen, dass Lebewesen neue Eigenschaften erhalten die für das Überleben in ihrer jeweiligen Umgebung notwendig sind. Neben Mutationen führt aber auch die Verdopplung von Genen und das Hinzufügen neuer DNA-Abschnitte zu Anpassungen. Im Laufe der Evolution kommt es aber auch zur Entwicklung komplett neuer Gene. Teile des Erbguts die ohne Funktion waren verändern sich dabei so, dass ein neues Protein entstehen kann. Neue Proteine entstehen auch durch die Fusion zweier bereits vorhandener Gene.

Paul Rainey erklärte, dass "dieses Wissen auf Erbgutvergleichen verschiedener Organismen beruht. Da die Evolution meist sehr langsam arbeitet, lassen sich solche Veränderungen im Erbgut in der Regel nicht in Echtzeit beobachten - geschweige denn, wie sie das Überleben seines Trägers beeinflussen." Da Bakterien sich schnell vermehren und auf kleinsten Raum im Labor gezüchtet werden, konzentriert sich die Forschung auf diese kleinen Lebewesen. Durch das schnelle Wachstum und die immerwährende Anpassung an den Lebensraum können die Forscher dann die Evolution der Bakterien beobachten.

Pseudomonas fluorescens

Die Experimente von Rainey untersuchten, wie sich das Bakterium Pseudomonas fluorescens an die Lebensbedingungen die in Kulturschalen eines Labors herrschen anpasst und welche neue Eigenschaften dabei entstehen. Die Bakterien wurde dazu in flüssigen Kulturmedien vermehrt. Während ihres Wachstum verbrauchten die Bakterien den darin vorhandene Sauerstoff, was sie dazu zwang sind weiterzuentwickeln um nicht zu sterben. Die Bakterien wanderten deshalb an die Oberfläche um Sauerstoff direkt aus der Luft aufzunehmen. Es bildeten sich dort faltige Matten aus Bakterien.

Laut dem Rainey und seinem Team waren Mutationen verschiedener Gene dafür verantwortlich, die dafür sorgten, dass die Di-Guanylatzyklase-Enzymen weniger aktiv waren. Durch die Mutation wurden Hemmstoffe deaktiviert, was zur Folge hatte, dass die Di-Guanylatzyklasen aktiv werden konnten. Im Verlauf des Experiments unterbanden die Forscher die hemmende Wirkung. Sie verursachten so eine neue Mutation, die zur Bildung der Bakterienmatten an der Oberfläche führte.

Die Mutation erfolgte während des Experiments jedoch nicht bei allen Bakterien, sondern die Aktivität der Gene blieb bei einem Teil unverändert. Eine Analyse zeigte, dass dort ein "chimäres" Gen vorhanden ist, welches aus einem Di-Guanylatzyklase-Gen und einem benachbarten Gen zusammengesetzt ist. Rainey erklärte, dass "es also zu einer Fusion zweier Gene gekommen sein muss, deren Proteine sonst an unterschiedlichen Orten in der Zelle vorkommen."

Er fügte hinzu, dass "obwohl Fusionen von Genen in unseren Experimenten nur rund 0,1 Prozent der Fälle ausmachten, in denen Mutationen zu dem faltigen Zelltyp führten, könnten Fusionen in der Natur deutlich häufiger auftreten." Dies tritt auch beim Menschen auf. Das Kua-UEV-Gen beispielsweise ist die Folge der Fusion des Kua- und des UEV-Gens.

Folgen Sie uns
Oft gelesen