Weltrekord im Gene-Sparen - wissenschaft.de
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Weltrekord im Gene-Sparen

Der Rekord für das kleinste Erbgut bei einer lebenden Zellen geht an ein Bakterium namens Carsonella ruddii, haben amerikanische Forscher entdeckt: Die Mikrobe besitzt nicht einmal 160.000 Bausteinpaare in ihrem Genom und unterbietet damit den bisherigen Rekordhalter mit seinen 491.000 Bausteinen um Längen. Ermöglicht wird das Mini-Genom durch die spezielle Lebensweise des Bakteriums: Als so genannter Endosymbiont lebt die Mikrobe in spezialisierten Zellen im Inneren eines Blattflohs, wo sie auf viele der sonst für Bakterien lebensnotwendigen Prozesse verzichten kann. Überraschenderweise fehlen C. ruddii jedoch auch Gene, die bislang als absolut unverzichtbar galten.

Bei der Analyse des Bakterienerbguts fanden die Wissenschaftler lediglich 182 Gene, die Informationen für den Bau von Proteinen tragen. Das menschliche Genom weist dagegen bei einer Gesamtgröße von über drei Milliarden Bausteinpaaren etwa 28.000 Gene auf. Die Gene von C. ruddii sind im Vergleich zu denen anderer Endosymbionten außerdem noch um knapp zwanzig Prozent verkürzt. Ein ungewöhnlich hoher Anteil von ihnen ist für die Produktion von essenziellen Eiweißbausteinen zuständig, schreiben die Forscher. Dagegen fehlen Erbgutabschnitte, die für den Bau der Zellhülle und den Auf- und Abbau einer Reihe von wichtigen Biomolekülen notwendig wären.

Diese extreme Sparsamkeit ist eine Folge der uralten Beziehung zwischen C. ruddii und seinem Wirt, dem Blattfloh, erklären die Forscher. Die Blattflöhe ernähren sich praktisch ausschließlich von Pflanzensäften, die zwar Kohlenhydrate, jedoch kaum Eiweißbausteine enthalten. Um sich trotzdem ausreichend mit Aminosäuren zu versorgen, sind die Insekten bereits vor langer Zeit eine Lebensgemeinschaft mit den Bakterien eingegangen, die auf gegenseitigem Geben und Nehmen basiert: Der Floh lässt die Mikrobe von seinem Stoffwechsel profitieren, und das Bakterium produziert im Gegenzug die fehlenden Aminosäuren. Diese Beziehung ist häufig so eng, dass weder der Wirt ohne seinen Untermieter existieren kann noch der Untermieter ohne seinen Wirt.

Im Lauf der Zeit wurden wahrscheinlich ein Teil der Bakteriengene in das Erbgut des Blattflohs integriert, vermuten die Forscher. Dadurch wurden diese Gene im Genom der Mikroben überflüssig und gingen nach und nach verloren. In Zukunft könnte diese Entwicklung dazu führen, dass die Bakterien feste Bestandteile der Insektenzellen werden ? ähnlich wie Mitochondrien, die Kraftwerke jeder komplexeren Zelle, die ursprünglich wohl ebenfalls selbstständige Bakterien waren. Das Entdeckung des Mini-Genoms wirft nun die Frage auf, ob die Mikrobe überhaupt noch als eigenständiger Organismus bezeichnet werden kann.

Atsushi Nakabachi (Universität von Arizona, Tucson) et al.: Science, Bd. 314, S. 267 ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
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