News: Minimalistische Mikroben
Sie liegen ganz im Trend der Zeit, denn so manche Mikroorganismen mögen sich denken "Geiz ist geil" und benützen nur einen winzigen Teil ihrer Erbsubstanz. Den Großteil sparen sie für Notsituationen auf.
© Jeff Errington (Ausschnitt)
Bakterien sind wahre Lebenskünstler: Wird ihnen ihr Lebensraum zu ungemütlich, schalten sie einfach ein paar Gene an, die vorher unbenutzt in der Zelle vor sich hindämmerten und fühlen sich dann wieder pudelwohl. Da drängt sich dem nimmer müden Forschergeist die Frage auf: Wie viele Gene sind unabdingbar zum Überleben und welche Funktionen erfüllen diese essenziellen Gene?
Dieses Rätsel versuchten in den letzten Jahren verschiedene Forschergruppen mit unterschiedlichen Methoden zu lösen – mit ebenso unterschiedlichen Ergebnissen: Von 150 bis rund 670 variierte die Zahl der essenziellen Gene, abhängig von der jeweils benutzten Methode und der untersuchten Bakterienart. Jetzt nahm ein internationales Team ein sehr gut erforschtes Bakterium, Bacillus subtilis, genauer unter die Lupe und ermittelte neben der genauen Anzahl auch die Funktion der überlebenswichtigen Gene.
Stanislaw Ehrlich vom Institut National de la Recherche Agronomique und seine Mitarbeiter schafften dem winzigen Bodenbewohner optimale Lebensbedingungen und schalteten dann von den rund 4100 Genen fein säuberlich eins nach dem anderen ab. So fehlte jeder neu geschaffenen Mutante die Funktion genau eines einzigen Gens. Starb daraufhin das Bakterium, hatten die Forscher eine lebenswichtige Komponente gefunden, überlebte es dagegen, war das abgeschaltete Gen verzichtbar.
Mit diesem Verfahren fanden die Wissenschaftler genau 271 essenzielle Gene – der ganze Rest der Erbsubstanz übernimmt entweder mehrfach die gleiche Funktion oder wird nur bei Bedarf in Stresssituationen eingesetzt.
Die absolut notwendigen Gene teilen sich die wichtigen Aufgaben: Etwa die Hälfte von ihnen ist an der Produktion von Proteinen beteiligt oder reguliert die Vorgänge an der Erbsubstanz. Die anderen steuern den Aufbau und die Form der Zellhülle, dirigieren die Zellteilung und sorgen für die Energiegewinnung. Lediglich elf essenziellen Genen konnten die Forscher keine eindeutige Funktion zuordnen.
Welche immense Bedeutung diese 271 Gene haben, zeigen vergleichende Untersuchungen: Über 80 Prozent dieser Steuerelemente sichern auch das Überleben der meisten anderen Bakterien. Organismen, die über weniger Erbsubstanz verfügen als Bacillus subtilis, brauchen womöglich sogar noch weniger Gene zum Überleben: Sie verzichten nämlich zum Teil auf Gene für die Zellhülle und sogar auf die für die Zellatmung notwendigen – offensichtlich kann diese Form der Energiegewinnung durch die Glykolyse, die ohne Sauerstoffverbrauch Energie liefert, ersetzt werden.
Für Bacillus subtilis hatten sich Ehrlich und seine Mitarbeiter entschieden, weil dieser Organismus Rückschlüsse zulässt auf gefährliche Krankheitskeime wie Bacillus anthracis, den Milzbranderreger, aber auch auf zahlreiche harmlose, industriell genutzte Arten. Bei ihren Untersuchungen schufen die Wissenschaftler nun um die 3000 Varianten des Bakteriums. An ihnen hoffen sie die Gene identifizieren zu können, die entscheidend sind für das Überleben des Winzlings in besonderen Stresssituationen.
Dieses Rätsel versuchten in den letzten Jahren verschiedene Forschergruppen mit unterschiedlichen Methoden zu lösen – mit ebenso unterschiedlichen Ergebnissen: Von 150 bis rund 670 variierte die Zahl der essenziellen Gene, abhängig von der jeweils benutzten Methode und der untersuchten Bakterienart. Jetzt nahm ein internationales Team ein sehr gut erforschtes Bakterium, Bacillus subtilis, genauer unter die Lupe und ermittelte neben der genauen Anzahl auch die Funktion der überlebenswichtigen Gene.
Stanislaw Ehrlich vom Institut National de la Recherche Agronomique und seine Mitarbeiter schafften dem winzigen Bodenbewohner optimale Lebensbedingungen und schalteten dann von den rund 4100 Genen fein säuberlich eins nach dem anderen ab. So fehlte jeder neu geschaffenen Mutante die Funktion genau eines einzigen Gens. Starb daraufhin das Bakterium, hatten die Forscher eine lebenswichtige Komponente gefunden, überlebte es dagegen, war das abgeschaltete Gen verzichtbar.
Mit diesem Verfahren fanden die Wissenschaftler genau 271 essenzielle Gene – der ganze Rest der Erbsubstanz übernimmt entweder mehrfach die gleiche Funktion oder wird nur bei Bedarf in Stresssituationen eingesetzt.
Die absolut notwendigen Gene teilen sich die wichtigen Aufgaben: Etwa die Hälfte von ihnen ist an der Produktion von Proteinen beteiligt oder reguliert die Vorgänge an der Erbsubstanz. Die anderen steuern den Aufbau und die Form der Zellhülle, dirigieren die Zellteilung und sorgen für die Energiegewinnung. Lediglich elf essenziellen Genen konnten die Forscher keine eindeutige Funktion zuordnen.
Welche immense Bedeutung diese 271 Gene haben, zeigen vergleichende Untersuchungen: Über 80 Prozent dieser Steuerelemente sichern auch das Überleben der meisten anderen Bakterien. Organismen, die über weniger Erbsubstanz verfügen als Bacillus subtilis, brauchen womöglich sogar noch weniger Gene zum Überleben: Sie verzichten nämlich zum Teil auf Gene für die Zellhülle und sogar auf die für die Zellatmung notwendigen – offensichtlich kann diese Form der Energiegewinnung durch die Glykolyse, die ohne Sauerstoffverbrauch Energie liefert, ersetzt werden.
Für Bacillus subtilis hatten sich Ehrlich und seine Mitarbeiter entschieden, weil dieser Organismus Rückschlüsse zulässt auf gefährliche Krankheitskeime wie Bacillus anthracis, den Milzbranderreger, aber auch auf zahlreiche harmlose, industriell genutzte Arten. Bei ihren Untersuchungen schufen die Wissenschaftler nun um die 3000 Varianten des Bakteriums. An ihnen hoffen sie die Gene identifizieren zu können, die entscheidend sind für das Überleben des Winzlings in besonderen Stresssituationen.
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