DNA-Transfer

Eine neue Dimension von Sex

Dass Bakterien Sex haben können, ist seit 55 Jahren bekannt – wenn man dafür den Begriff von „Sex“ weit genug fasst. Nun haben haben amerikanische Forscher Bakterienzellen mit Hamsterzellen in flagranti erwischt: Die Bakterien hatten Teile ihres Erbguts auf die Tierzellen übertragen. Für viele Forschungsbereiche von der Medizin bis zur Gentechnik könnte diese Entdeckung weit reichende Folgen haben.

Grundlegend betrachtet, geht es beim Sex um den Austausch bzw. die Vermischung des Erbguts zweier Individuen. Da sich Bakterien nur durch Teilung vermehren, findet eine solche Vermischung nicht statt. Trotzdem können sie Eigenschaften über den so genannten „horizontalen Gentransfer“ austauschen. Viele Bakterien enthalten neben ihrem herkömmlichen, ringförmigen Chromosom noch weitere kleine DNA-Ringe, so genannte Plasmide. Darauf befinden sich häufig Anlagen für Fähigkeiten, die unter besonderen Umweltbedingungen Vorteile bieten – zum Beispiel für Antibiotika-Resistenzen. Um diese Eigenschaften weitergeben zu können, haben Bakterien eine besondere Technik entwickelt: Beim Kontakt mit einer anderen Bakterienzelle können sie das Plasmid verdoppeln, einen schlauchartigen Fortsatz bilden und darüber die Plasmid-DNA übertragen. Diesen Vorgang nennt man Konjugation.

Konjugation: Über einen schlauchförmigen Fortsatz (Pilus) werden ringförmige DNA-Moleküle, die Plasmide, übertragen
Konjugation: Über einen schlauchförmigen Fortsatz (Pilus) werden ringförmige DNA-Moleküle, die Plasmide, übertragen

Die Genübertragung wird allein von der gebenden Zelle gesteuert. Aus diesem Grund vermuteten Wissenschaftler schon seit längerem, Bakterien könnten ihre DNA nicht nur an andere Bakterien, sondern auch an höhere Zellen weitergeben. Bei Hefe- und Pflanzenzellen wurde dies bereits beobachtet, für Säugetierzellen konnte es jetzt Virginia L. Waters von der University of California, San Diego, erstmals nachweisen.

Die Wissenschaftlerin gab Escherichia coli-Bakterien in eine Petrischale mit Hamsterzellen. Die Bakterien enthielten ein Plasmid, das sie vor einem bestimmten Giftstoff schützte, sowie einen Fluoreszenzmarker. Als die Forscherin nach einigen Stunden den Giftstoff zugab, konnten nur Hamsterzellen überleben, die das Plasmid von den Bakterien durch Konjugation erhalten hatten. Zur Bestätigung konnte sie in den Zellen auch das Fluoreszenzleuchten nachweisen, wie Waters in der Fachzeitschrift Nature Genetics berichtet.

Konjugation bei E.coli-Bakterien: Das Plasmid (rot) wird über einen Pilus von der Spender- auf die Empfängerzelle übertragen. (Animation: RCMS)
Konjugation bei E.coli-Bakterien: Das Plasmid (rot) wird über einen Pilus von der Spender- auf die Empfängerzelle übertragen. (Animation: RCMS)

Diese Erkenntnis könnte weit reichende Konsequenzen haben. Zum einen könnten Bakterien z.B. bei der Gentherapie genutzt werden, um DNA in Zellen einzuschleusen. Bei bisherigen Methoden ist die Menge an übertragenem Erbgut begrenzt, doch Bakterienplasmide könnten wesentlich größere DNA-Abschnitte übertragen.

Auch auf unser eigenes Genom werfen die Ergebnisse ein neues Licht. Anfang 2001 ergaben erste Analysen des frisch sequenzierten menschlichen Genoms eine Überraschung: Über hundert Gene kamen sowohl beim Menschen als auch bei Bakterien vor, nicht jedoch bei Organismen, die entwicklungsgeschichtlich dazwischen liegen, wie z.B. Hefe, Fadenwurm oder Fruchtfliege. Als Erklärung tippte man schon auf einen so genannten horizontalen Gentransfer, also die direkte Übertragung von Bakterien auf den Menschen. Eine genauere Analyse schien allerdings zu zeigen, dass die Gene aus früher Vorzeitstammen, lange vor der Entstehung des Menschen. Anderen Organismen wären sie demnach inzwischen schlicht abhanden gekommen – die Theorie der direkten Übertragung war vom Tisch. Die neuen Resultate dürften den horizontalen Gentransfer doch wieder zurück in die Diskussion bringen.

Damit einher geht auch eine weitere Debatte, der die Ergebnisse neue Nahrung geben könnten: die Sicherheit gentechnisch veränderter Organismen. Zumindest theoretisch erscheint es jetzt denkbar, dass Eigenschaften gentechnisch veränderter Bakterien auf menschliche Zellen übertragen werden könnten, falls ein solches Bakterium in Freiheit gelangt. Allerdings ist dieses Ereignis sehr unwahrscheinlich: Dazu müsste das Plasmid auf Ei- oder Samenzellen übertragen und außerdem anschließend ins menschliche Genom eingebaut werden. Für Bakterien-Plasmide ist das ein äußerst seltenes Ereignis, im Gegensatz beispielsweise zu Retroviren: Deren Erbgut ist deshalb auch überall im menschlichen Genom zu finden.

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1 Antwort zu DNA-Transfer

  1. Vassileva sagt:

    Von welchen Bakterienstämmen gehen Sie aus, nur E.coli, pathogene oder nicht?

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