Rätselhafter Genaustausch zwischen Viren und Meeresbakterien

Prof. Nicole Frankenberg-Dinkel von der Universität Bochum berichtete vergangenen Donnerstag im Zentrum für Molekulare Biowissenschaften (CMBI) von einem rätselhaften Gentransfer zwischen den winzigen aber wichtigen Organismen.
Struktur des Enzyms Phycoerythrobilin Synthase
Bild: Struktur des Enzyms Phycoerythrobilin Synthase

Die häufigsten Meeresbewohner sind nicht etwa Fische, Krebse oder Algen, sondern Viren. In einem Milliliter Meerwasser finden sich rund zehn Millionen Viruspartikel. Ihre „Opfer“ sind in aller Regel Bakterien, darunter Cyanobakterien. Diese Photosynthese betreibenden Mikroorganismen sind ebenfalls extrem häufig und daher für den globalen Kohlenstoffkreislauf von entscheidender Bedeutung. Prof. Nicole Frankenberg-Dinkel beschäftigt sich mit  Cyanobakterien und ihren Viren, den Cyanophagen.

 

Viren sind im eigentlichen Sinne keine Lebewesen, da sie keinen eigenen Stoffwechsel besitzen. Sie bestehen nur aus Erbgut, das in eine Hülle verpackt ist. Wenn ein Phage ein Bakterium befällt, baut er sein Erbgut in das des Bakteriums ein. Das Bakterium produziert daraufhin alle Bestandteile des Eindringlings – bis seine zahlreichen Nachkommen schließlich ihren Wirt zerstören und freigesetzt werden.

 

Dabei kann das Virus auch Gene des Bakteriums mitnehmen und in sein eigenes Erbgut einbauen. Verschafft ihm das fremde Gen einen Vorteil, bleibt es dauerhaft erhalten. Dies ist zum Beispiel bei Photosynthese-Genen der Fall, die die „Fitness“ des unfreiwilligen Gastgebers stärken. Nach der Infektion mit einem Phagen fährt das Cyanobakterium üblicherweise seine Photosynthese herunter. Es wandelt also weniger Lichtenergie in chemische Energie um. Das ist für das Virus von Nachteil, ist es doch auf einen dynamischen Stoffwechsel seines Wirtes angewiesen. Die Lösung des Problems ist raffiniert: Cyanophagen bringen die nötigen Photosynthese-Gene einfach selbst mit. So können sie den Ausfall der bakterieneigenen Photosyntheseleistung ausgleichen.

 

Prof. Frankenberg-Dinkel hat nun weitere ehemalige Bakterien-Gene in Cyanophagen entdeckt. Sie untersuchte Viren, die eine weit verbreitete Sorte von Cyanobakterien, die Prochlorokokken, befallen. Dabei fand sie Gene für die Herstellung von Pigmenten, den Phycobilinen. Nur – warum sollten die Phagen dafür sorgen, dass ihre Wirte Pigment herstellen? Zwar dienen die Phycobiline in anderen Cyanobakterien der Photosynthese, doch dies ist just bei den Prochlorokokken nicht der Fall. Da Phagen aber in ihrem kleinen Erbgut normalerweise keinen unnötigen Ballast herumschleppen, müssen die Pigmente irgendeine andere wichtige Rolle spielen. Welche Aufgabe diese Gene und die Pigmente haben könnten, will Nicole Frankenberg-Dinkel nun versuchen aufzuklären.

 

Text: CMBI/ bearbeitet von Susanne Röck