Enthüllung der Wechselwirkungen mikrobieller Phagen
Bakterielle Viren, sogenannte Phagen, beeinflussen viele Aspekte der mikrobiellen Prozesse einschließlich der Populationsdynamik, der Vielfalt und der Evolution ihrer Wirte. Um zu überleben und sich zu verbreiten, übernehmen Phagen die Stoffwechselprozesse ihrer Wirte, während der Wirt eine Reihe von Abwehrmechanismen initiiert, um die Infektion zu überwinden. Wenngleich sie von zentraler Bedeutung für die Vielfalt und Evolution sind, bleiben die physiologischen Wechselwirkungen zwischen Wirten und Phagen während der Infektion weitgehend unbekannt. Um dies zu bewältigen verwendeten Wissenschaftler des EU-geförderten Projekt PIMCYV (Physiological interactions between marine cyanobacteria and their viruses) marine Cyanobakterien als Modellsystem und studierte Cyanophagen, die sie infizieren. Mit Hilfe eines experimentellen Evolutionsansatzes wählten sie Cyanobakterien aus, die resistent gegen eine Infektion durch T7- artige Podoviren sind. Via Gesamtgenom-Sequenzierung, identifizierten sie die Mutationen, die eine Resistenz verliehen. Die Mutationen wurden in einzelnen hypervariablen genomischen Inseln vor allem in nicht-konservierten, horizontal übertragenen Genen lokalisiert. Als Ergebnis zeigten die Viren eine verminderte Fähigkeit, sich an den mutierten Cyanobakterien zu befestigen, höchstwahrscheinlich aufgrund veränderter Zelloberflächeneigenschaften. Interessanterweise führte diese Mutation dazu, dass Bakterien langsamer wachen oder einer Überempfindlichkeit gegenüber anderen Viren aufweisen, wodurch sie dem Wirt Fitness-Kosten aufzuzwingen. Dennoch verbesserten viele der resistenten Stämme im Laufe der Zeit ihre Wachstumsrate und engten den Resistenzbereich ein. Die Forscher beobachteten, dass Phagen Gegenmutationen aufwiesen, die es ihnen ermöglichten resistente Wirte erneut zu infizieren. Stattdessen schienen sie langfristig eine Koexistenz mit den Wirten durch passives Wirt-Schwitching aufrecht zu erhalten. Zusammengenommen zeigten die Ergebnisse der PIMCYV-Studie, dass Phagen in Cyanobakterien einen Selektionsdruck ausüben, der die Vielfalt von Zelloberflächen-Gene verstärkt. Im Gegenzug beeinflusst dies die effektive Wirtspopulationsgröße, die durch Phagen infiziert werden kann, und zu einem dynamischen Netzwerk von Interaktionen führt.
Schlüsselbegriffe
Phage, Cyanobakterien, Ökologie, Evolution, Mutation, Fitness
