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E. coli-Populationen in einer Petrischale © IST Austria - Guet Gruppe
E. coli-Populationen in einer Petrischale © IST Austria - Guet Gruppe

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Mikroben meistern Umweltveränderungen durch copy and paste von Genen

09.03.2020

Lebewesen müssen sich oft an neue Umstände anpassen. Weil es lange dauert, ihre Gen-Regulations-Mechanismen umzustellen, vervielfältigen sie einfach per "copy and paste" (Kopieren und Einfügen) die dafür wichtigen Gene, berichten Forscher des IST Austria im Fachjournal "Nature Ecology and Evolution". Dieses Phänomen erschwert Antibiotika-Therapien, wenn Mikroben ihre Resistenzgene damit mehren.

Manchmal dauert es Millionen von Jahren, bis bei einem Organismus die richtige, kleine Veränderung (Punktmutation) auftritt, damit seine Gene so viel oder wenig abgelesen werden, wie es die neuen Bedingungen erfordern. Das könnte zum Beispiel ein verändertes Nahrungsangebot sein, erklären die Forscher um Calin Guet vom Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg (NÖ) in einer Aussendung. In vielen Fällen sei dies zu langsam, deshalb gäbe es einen Mechanismus, der vor solch einer Feineinstellung wirkt: Eine grobe Abstimmung der "Gendosis" durch Kopieren und Einfügen jener Gene, die für die spezielle Anpassung relevant sind.

Solche Gen-Vermehrungen (Genduplikationen) finden spontan und ununterbrochen statt, berichten die Forscher. Die zusätzlichen Gen-Kopien können in den folgenden Generationen schnell wieder verschwinden, oder weiter vervielfältigt werden, fanden sie bei Escherichia coli Bakterien heraus. Wie viele Kopien eines Gens schließlich auf dem Erbgut bleiben, entscheiden die neuen Umweltbedingungen per natürlicher Auslese (Selektion): "Überleben sollten nur jene Bakterien in den zuvor unbekannten Bedingungen, die die für diese Situation richtige Menge an Genkopien aufweisen", schrieben die Forscher.

Das rasche Gen-Kopieren würde die Wirksamkeit einer Antibiotikatherapie beeinflussen. Die Bakterien im Körper eines Patienten könnten mehr oder weniger Kopien von Resistenzgenen haben und deshalb unterschiedlich auf bestimmte Antibiotika-Mengen ansprechen. "Dieses Phänomen erschwert es Ärzten abzuschätzen, wie viel eines Antibiotikums zur erfolgreichen Bekämpfung einer bakteriellen Infektion benötigt wird", erklären die Forscher.

Service: http://dx.doi.org/10.1038/s41559-020-1132-7

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