Bakteriengeschlecht zwischen Spender (links), Pilus und Empfänger. (UCR) Der menschliche Darm ist der Gastgeber einer wilden mikroskopischen Orgie. Um zu überleben, haben die Mikroben in unserem Verdauungstrakt regelmäßig „Sex“ miteinander, alles im Namen des Austauschs von Geheimnissen darüber, wie man tödliche Antibiotikadosen überlebt.
Ein Forscherteam der University of Illinois at Urbana-Champaign und der University of California Riverside hat nun herausgefunden, wie weit dieses bakterielle „Bump-and-Grind“ geht, und dabei einen Austausch festgestellt, der über das hinausgeht, was wir bisher wussten.
Bakterien haben natürlich keine Genitalien, aber technisch gesehen bezieht sich „Sex“ in der Biologie darauf jeder Prozess, der genetisches Material austauscht .
Indem eine Mikrobe eine „vorübergehende Verbindung“ mit einem anderen Bakterium in unserem Darm eingeht, kann sie ihre Gene auf ein anderes Bakterium übertragen – es muss nicht einmal dieselbe Art sein.
Die Mikrobe muss lediglich eine Röhre, einen sogenannten Pilus, herausstrecken, sich an eine andere Zelle heften und ein übertragbares DNA-Paket, ein sogenanntes mobiles genetisches Element, abschießen, wenn es bereit ist.
Die Entdeckung des bakteriellen Geschlechts war vor über 70 Jahren hergestellt , als Wissenschaftler erkannten, dass dieser horizontale Gentransfer dazu führte, dass Mikroben Resistenzgene für bestimmte Antibiotika teilten und so Antibiotikaresistenzen verbreiteten.
In jüngerer Zeit wurde klar, dass bakterieller Sex nicht nur dann auftritt, wenn Mikroben angegriffen werden. Es passiert ständig und es ist wahrscheinlich ein Teil davon Was unser Mikrobiom fit und gesund hält .
Neue Forschungsergebnisse haben nun herausgefunden, welche Gene Bakterien dabei tatsächlich teilen.
Die Studie wurde an einem Stamm von Darmmikroben namens Bacteroidetes durchgeführt, die bis zu 80 Prozent des menschlichen Mikrobioms ausmachen und wichtige Verdauungsorgane sind.
„Die großen, langen Moleküle aus Süßkartoffeln, Bohnen, Vollkornprodukten und Gemüse würden unseren Körper ganz ohne diese Bakterien passieren.“ erklärt Mikrobiologe Patrick Degnan von der University of California Riverside.
„Sie zerlegen diese, damit wir daraus Energie gewinnen können.“
Um den menschlichen Darm zu besiedeln und uns beim Kohlenhydratabbau zu helfen, müssen diese Mikroben jedoch um begrenzte Ressourcen im Dickdarm konkurrieren. Zu diesen Ressourcen gehören Vitamin B12 und andere verwandte Verbindungen, die den Stoffwechsel und die Proteinsynthese der Bakterien ankurbeln.
Die meisten Mikroben im Darm sind nicht in der Lage, diese wichtigen Verbindungen selbst zu synthetisieren, was bedeutet, dass sie so viel wie möglich aus ihrer Umgebung aufnehmen müssen.
Damit dies gelingt, lohnt es sich, über Gene für einen effizienten Vitamin-B12-Transportsystem zu verfügen.
Sowohl in Petrischalen als auch in lebenden Mausmodellen haben Forscher nun B12-Transporter identifiziert, die über das Geschlecht der Bakterien geteilt werden.
„Wir freuen uns über diese Studie, weil sie zeigt, dass dieser Prozess nicht nur bei Antibiotikaresistenzen auftritt“, sagt Degnan.
„Der horizontale Genaustausch zwischen Mikroben wird wahrscheinlich für alles genutzt, was ihre Überlebensfähigkeit erhöht, einschließlich der gemeinsamen Nutzung von [Genen für den Transport von] Vitamin B12.“
Als zwei Darmmikroben im Labor auf eine Schüssel gelegt wurden, bemerkten die Forscher, dass das Bakterium, das kein B12-Transportsystem synthetisieren konnte, mit dem Bakterium verbunden war, das dies konnte. Sobald der Sexpilus die Lücke zwischen den beiden überbrückt hatte, konnte das „empfangende“ Bakterium seine kostbare Fracht auspacken.
Nach dem Experiment untersuchten die Forscher das Genom des noch lebenden empfangenden Bakteriums und stellten fest, dass es einen zusätzlichen DNA-Bande des Spenders eingebaut hatte.
Bei lebenden Mäusen scheint etwas Ähnliches zu passieren. Als Forscher einer Maus zwei Formen von Bacteroidetes verabreichten – eine mit den Genen für die B12-Übertragung und eine andere ohne – stellten sie fest, dass die Gene der ersteren nach fünf bis neun Tagen auf die letztere „übergesprungen“ waren.
„Es ist, als ob zwei Menschen Sex hätten, und jetzt haben sie beide rote Haare.“ sagt Degnan.
Interessanterweise stellen die Autoren fest, dass eine zweite Runde des Gentransfers zwischen Bacteroidetes derselben Art etwas schneller ablief als die erste Runde, die zwischen zwei verschiedenen Arten stattfand.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass es möglicherweise eine leichte „Artenbarriere“ gibt, wenn es um das Geschlecht der Bakterien geht. Allerdings ist diese Barriere nichts mit dem zu vergleichen, was wir bei Säugetieren sehen, wo sich eine Art nur mit einer Artgenossen vermehren kann.
Bakterien scheinen bei weitem nicht so wählerisch gegenüber ihren Partnern zu sein, und unser Magen ist für ihre Promiskuität sehr dankbar.
Die Studie wurde veröffentlicht in Zellberichte .