Koevolution von Bakterien und Phagen
Das so genannte "evolutionäre Wettrüsten" zwischen Parasit und Wirt hat mitunter weitreichende Folgen für Ökologie, Landwirtschaft und Medizin, insbesondere für die sich im Wirt vermehrenden Bakterien und Bakteriophagen. Phagen sind in der Natur allgegenwärtig und werden als Antibiotika eingesetzt, Bakterien hingegen spielen eine wichtige Rolle für das Funktionieren von Ökosystemen. Das EU-finanzierte Projekt SOILCOEV (Coevolution between bacteria and phages in soil: Ecological and genetic bases of its specificity) erforschte, wie die evolutionäre Beziehung zwischen Bakterien und Phagen aufrechterhalten wird. Mit zwei unterschiedlichen Ansätzen wurde untersucht, wie sich Wirt und Parasit in natürlicher Umgebung gemeinsam entwickeln. So wurde ein sterilisiertes, vereinfachtes Ökosystem (so genannter Mikrokosmos) mit dem gut beschriebenen koevolutionären System Pseudomonas fluorescens SBW25 und dem virulenten assoziierten Phagen inokuliert, sowohl in An- als auch Abwesenheit der natürlichen mikrobiellen Gemeinschaft. Die Ergebnisse zeigten, dass Evolution stattfand und die genetische Variation nicht beeinträchtigt war, da Bodenumgebung, Anwesenheit von Phagen und mikrobielle Gemeinschaft den Selektionsdruck erhöhen. Die Forscher untersuchten auch, wie Phagen mit der übrigen natürlichen viralen und mikrobiellen Gemeinschaft im Boden interagieren und damit die Evolution von P. fluorescens SBW25 befördern. Nach 48 Tagen wurden die Mutationsraten von P. fluorescens untersucht. Offenbar spielen Wechselwirkungen zwischen Viren und der restlichen mikrobiellen Gemeinschaft eine untergeordnete Rolle bei der Evolution. Weitere Experimente zwischen Wildtyp und Bakterienmutanten im Boden legten nahe, dass andere Faktoren in der Bodenumgebung für die relativ niedrigen Mutationsraten verantwortlich sein könnten, was eine Erklärung dafür wäre, warum die Bakterien mit hohen Mutationsraten nur relativ selten in Böden gefunden werden, sondern häufiger im Labor und als klinische Infektionserreger. Besseres Nährstoffangebot erhöhte die bakterielle Resistenz gegenüber Phagen, ohne dass sich jedoch die Phageninfektiosität erhöht oder die Koevolution veränderte. Dies legt nahe, dass Phagen eher weniger gut die bakterielle Dichte regulieren und Gemeinschaften in stabiler Umgebung mit hohem Nährstoffgehalt beeinträchtigen. SOILCOEV lieferte wertvolle Einblicke in die Art und Weise, wie sich Bakterien und Phagen in natürlicher Umgebung zusammen entwickeln und damit auf mikrobieller Ebene in die Beziehung zwischen Wirt und Parasit.
Schlüsselbegriffe
Pseudomonas fluorescens, SBW25, Parasit, Wirt, Bakterie, Phage, Koevolution, Böden, mikrobielle Gemeinschaft
