Eine neue Studie kommt zu dem Ergebnis, dass Bakterien die Übertragung nützlicher Gene auf benachbarte Zellen aktiv blockieren können, indem sie spezialisierte Proteine verwenden, um gemeinsam genutzte DNA gezielt zu zerstören, bevor sie sich ausbreitet. Dies stellt die seit langem vertretene Ansicht in Frage, dass Bakterien genetisches Material frei austauschen, und offenbart ein wettbewerbsfähigeres System, in dem Mikroben streng kontrollieren, wer Zugang zu wertvollen Merkmalen erhält, eine Erkenntnis, die Wissenschaftlern helfen könnte, die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen besser zu verstehen und möglicherweise einzudämmen.
Bakterien setzen molekulare “-Gatekeeper” ein, um die Ausbreitung gemeinsamer DNA zu kontrollieren.
Eine neue Studie zeigt, dass Bakterien die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzgenen aktiv begrenzen können, indem sie einen neu charakterisierten Mechanismus nutzen, der den DNA-Transfer zwischen Zellen blockiert. Die Forschung, geleitet von Prof. Sigal Ben-Yehuda und Prof. Ilan Rosenshine vom Hebrew University-Hadassah Medical Center Der in Nature Microbiology veröffentlichte Bericht konzentriert sich auf die Art und Weise, wie Bakterien genetisches Material über winzige interzelluläre Brücken austauschen, die als Nanoröhren bekannt sind, ein Weg, den das Team zuvor als eine Art des horizontalen Gentransfers identifiziert hat.
Diese Nanoröhren ermöglichen es Bakterien, Plasmide, kleine DNA-Moleküle, die häufig Antibiotikaresistenzgene tragen, direkt von einer Zelle zur anderen zu transportieren. Im Gegensatz zu klassischen Mechanismen wie Transformation oder Konjugation ermöglicht dieser durch Nanoröhren vermittelte Austausch eine enge, kontaktabhängige gemeinsame Nutzung genetischer Merkmale auf bidirektionale Weise, sodass sowohl der Spender DNA liefern kann als auch der Empfänger diese aktiv erwerben kann.
Die neue Studie zeigt, dass dieser Prozess nicht uneingeschränkt ist. Die Forscher entdeckten, dass ein Protein namens YokF als molekularer “-Gatekeeper fungiert, der spezifisch den Transfer von Plasmiden durch Nanoröhren blockiert. YokF fungiert als Enzym, das die DNA während des Transfers abbaut und so effektiv verhindert, dass benachbarte Bakterien potenziell vorteilhafte Eigenschaften erwerben.
Dieser Mechanismus ermöglicht es Bakterien, wertvolle Gene für sich zu behalten, was ihnen einen Wettbewerbsvorteil in dichten mikrobiellen Gemeinschaften verschafft. Wichtig ist, dass die Studie zeigt, dass dieser auf Nanoröhren basierende Gentransfer und seine Hemmung eine wichtige Rolle bei der Ausbreitung kleiner Plasmide spielen, von denen viele Antibiotikaresistenzen tragen. Durch die Begrenzung dieses Transfers reduziert YokF, wie schnell sich diese Merkmale durch Bakterienpopulationen bewegen können.
Weitere Analysen ergaben, dass YokF-ähnliche Proteine in vielen grampositiven Bakterien weit verbreitet sind, was darauf hindeutet, dass es sich hierbei nicht um ein isoliertes Phänomen, sondern um eine gängige Strategie zur Regulierung des Genflusses handelt.
Die Ergebnisse verdeutlichen eine bisher unterschätzte Kontrollschicht in der bakteriellen Evolution. Mikroben teilen nicht nur Gene, sie steuern auch aktiv ihre Verteilung. Das Verständnis dieses Prozesses könnte neue Wege zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen eröffnen, indem es auf die Mechanismen abzielt, die die Ausbreitung von Resistenzgenen ermöglichen oder einschränken.
