Beiträge aus der Wissenschaft

Bakterien können Fitness ihres Wirts steigern

27.09.2021 11:23

Bakterien können Fitness ihres Wirts steigern

• Gluconobacter-Varianten versorgen Fruchtfliegen mit Vitamin B1 – und unterstützt so deren Fortpflanzung
• Bakterien geben Gene zur Vitaminproduktion horizontal weiter
• Forschende nutzen für Analyse genomweite Assoziationsstudie

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Plötzlich gesund

Fortschreitende Naturerkenntnis, ganz allgemein gesprochen, ‘Wissenschaft’, ist der stärkste Feind des medizinischen Wunders. Was unseren Vorfahren als Wunder erschien, was einfache Naturvölker heute noch in heftige Erregung versetzt, das berührt den zivilisierten Menschen längst nicht mehr.
Doch es gibt einen Gegensatz, der jedem Denkenden sofort auffällt: der unerhörte, durchaus nicht abgeschlossene Aufstieg der wissenschaftlichen Heilkunde und die ebenso unerhörte Zunahme der Laienbehandlung und der Kurpfuscherei. Man schätzt die Zahl der Menschen, die der Schulmedizin kein Vertrauen schenken, auf immerhin 50 Prozent.
Wie kann es sein, daß Laienbehandler und Kurpfuscher immer wieder spektakuläre Erfolge aufweisen, von denen die Sensationspresse berichtet?
Der Autor geht dieser Frage nach und kommt zu interessanten Erkenntnissen, aus denen er Vorschläge für eine bessere Krankenbehandlung durch seine ärztlichen Standesgenossen ableitet.

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Mikroorganismen können die Umwelt-Anpassung und Fortpflanzung ihrer Wirte steigern – wie im Einzelnen, das erforscht die Evolutionsbiologie immer genauer. Ein Forschungsteam um Dr. Fabian Staubach und Yun Wang vom Institut für Biologie I der Universität Freiburg hat nun das Verhältnis von Gluconobacter-Bakterien und der Drosophila melanogaster (Fruchtfliegen) untersucht. Sie fanden heraus, dass bestimmte Gluconobacter-Varianten die Fliegen mit Vitamin B1 versorgen und damit deren Fitness erhöhen. Dafür verglichen sie unterschiedliche, aber nahverwandte Arten von Gluconobacter-Bakterien und deren Wirkung auf die Fruchtfliegen. Diejenigen Bakterien, die Vitamin B1 produzierten, sorgten bei den Fliegen für mehr Nachkommen – denn für sie wirkt das Vitamin reproduktionsfördernd. Zudem fanden die Forschenden heraus, dass Bakterien die notwendigen vitaminproduzierenden Gene horizontal weitergeben können – also nicht nur an ihre Nachkommen, sondern an bereits lebende Artgenossen. Ihre mikrobielle genomweite Assoziationsstudie (GWAS) führten die Wissenschaftler zusammen mit Forschenden vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie und der University of Wisconsin La Crosse/USA durch. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift BMC Biology.

Vitaminproduzierende Gene in Evolutionsgeschichte wahrscheinlich schon verlorengegangen

„Wir wollen besser verstehen, wie Mikroben die Wirtsfitness beeinflussen. Dazu verfolgen wir die evolutionären Ereignisse, die zu Veränderungen der bakterienvermittelten Wirtsfitness führen“, erklärt Staubach. Die Forschenden stellten unter anderem fest, dass die Gluconbacter die vitaminproduzierenden Gene in der Evolutionsgeschichte höchstwahrscheinlich bereits verloren hätten – dann aber durch horizontalen Gentransfer von anderen Bakterien wiedererhalten hätten. Hierfür erstellten die Forschenden einen Stammbaum der untersuchten Bakterien, mit dessen Hilfe sie die Evolutionsgeschichte der vitaminproduzierenden Gene nachverfolgen konnten. Auf einem Ast dieses Baums traten die vitaminproduzierenden Gene als zusammenhängender Block (Operon) auf, der große Ähnlichkeit mit Genen fremder Bakterien aufwies. Dies ist eine typische Spur horizontalen Gentransfers.

„Unsere Studie unterstreicht die Bedeutung der genetischen Variation zwischen nahverwandten Bakterien für den Wirt“, resümiert Staubach. „Wir konnten zeigen, dass horizontaler Gentransfer zur Flexibilität des Mikrobioms und möglicherweise zur Anpassung des Wirts an seine Umwelt beitragen kann.“

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Fabian Staubach
Institut für Biologie I
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-2911
E-Mail: fabian.staubach@biologie.uni-freiburg.de
Twitter: @FabianStaubach

Originalpublikation:

Wang, Y., Baumdicker, F., Schweiger, P., Kuenzel, S., Staubach, F. (2021): Horizontal gene transfer-mediated bacterial strain variation affects host fitness in Drosophila. In: BMC Biology. DOI: 10.1186/s12915-021-01124-y