Bakterien nutzen Viren, um ihre eigenen Abwehrmechanismen zu verbreiten

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Mobile genetische Elemente nutzen einen Jumbo-Phagen zum Transfer zwischen Bakterienzellen. Dargestellt sind die Bakterien DNA in rot, die mobilen genetischen Elemente in grün und die Jumbo-Phagen in blau. | Quelle: Yansong Zhao | Copyright: Die Abbildung wurde mit Biorender.com erstellt und mit ChatGPT bearbeitet. | Download

Ein Team des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie hat eine neue Klasse mobiler genetischer Elemente von Bakterien entdeckt, die sich mithilfe von Riesenviren – sogenannten Jumbo-Phagen – zwischen Zellen bewegen. Die in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichte Arbeit deckt eine unerwartete Wendung im langjährigen Wettrüsten zwischen Bakterien und ihren Viren auf.
In der Studie wurde ein gewöhnliches Bakterium sterilem Filtrat aus Gartenkompost ausgesetzt. Das Bakterium nahm mehrere bisher unbekannte DNA-Elemente auf, die jeweils Gene zur Abwehr von Phageninfektionen trugen. Bemerkenswerterweise wurde festgestellt, dass eines dieser Elemente, genannt I55, auf einem Jumbo-Phagen mitreiste, was es zu einem der ersten Beispiele für einen Phagen-Satelliten macht, der ein so großes Virus ausnutzt.
Das Element verbreitet sich nicht nur über den Phagen, sondern schützt auch seinen bakteriellen Wirt durch ein Restriktions-Modifikations-System – wodurch das Bakterium effektiv die virale Maschinerie zu seinem eigenen Vorteil nutzen kann.
„Als eine Jumbo-Phagensequenz auf der Bildfläche erschien, fügte sich alles zusammen“, sagt Yansong Zhao. „Das erklärte, wie sich ein so großes Element zwischen Zellen bewegen konnte.“

„Die Entdeckung zeigt, wie viel in der Natur noch verborgen ist“, fügt Paul Rainey hinzu. „Selbst in einer Handvoll Gartenkompost gibt es Wechselwirkungen, die wir gerade erst zu entdecken beginnen.“
Die Studie hebt die verborgene Vielfalt mobiler DNA in der Umwelt hervor und könnte letztendlich zu neuen biotechnologischen Werkzeugen für den Transfer großer genetischer Regionen zwischen Bakterien führen.

Originalpublikation:
Y. Zhao, Y. Ma, C. Vasileiou, A.D. Farr, D.W. Rogers, & P.B. Rainey, Jumbo phage–mediated transduction of genomic islands, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (44) e2512465122, https://doi.org/10.1073/pnas.2512465122 (2025).

Weitere Informationen:
https://www.evolbio.mpg.de/3839952/news_publication_25645851_transferred?c=5697