Virale Angriffe Auf Bakterien Enthüllen Ein Geheimnis Der Evolution

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Mit bakterien und einem virus, das sie infiziert, haben sich wissenschaftler mit einer kniffligen frage zur evolution auseinandergesetzt: woher kommen neue merkmale?

Das Wettrüsten zwischen einem Virus und den angegriffenen Bakterien hat den Wissenschaftlern dabei geholfen, eines der Rätsel der Evolution besser zu verstehen: Wie entwickeln sich neue Merkmale?

In einer Reihe von Experimenten erlangten die Bakterien infizierenden Viren wiederholt die Fähigkeit, ihre Wirtsbakterien durch eine andere "Tür" oder einen Rezeptor auf der Zellmembran der Bakterien anzugreifen, erklärte Justin Meyer, der leitende Forscher und Doktorand der Michigan State University. [Video: Der Virus mutiert]

Ihre Ergebnisse bieten Einblick in eine schwierige Frage nach der Evolution: Woher kommen neue Eigenschaften?

Gemäß der Evolutionstheorie kann die natürliche Auslese bestimmte Mitglieder einer Bevölkerung aufgrund von Merkmalen begünstigen, die sie besitzen, wie zum Beispiel Tarnung oder die Fähigkeit, Nahrung zu erhalten, die andere nicht erreichen können. Diese begünstigten Organismen vermehren sich eher und geben die Gene für ihre hilfreichen Eigenschaften an zukünftige Generationen weiter.

Es ist zwar klar, wie die natürliche Auslese dazu führt, dass sich eine Bevölkerung verändert oder sich anpasst, und erklärt, wie neue Eigenschaften entstehen, sei schwieriger gewesen, sagte Meyer.

Sammeln sich zum Beispiel zufällige genetische Mutationen allmählich an, bis sie neue Merkmale hervorbringen? Oder treibt die natürliche Selektion den Prozess von Anfang an voran und begünstigt bestimmte Mutationen, wenn sie entstehen, bis ein völlig neues Merkmal erscheint?

Um eine Idee zu bekommen, veranlassten er und andere, darunter zwei Wissenschaftler, einen Virus, einen neuen Weg zu entwickeln, um die Bakterien zu infizieren, und untersuchten anschließend die genetischen Veränderungen, die mit dieser neuen Fähigkeit verbunden sind. Sie fanden auch heraus, dass Veränderungen der Bakterien das Virus daran hindern könnten, dieses neue Merkmal zu erlangen.

Zwei Lambda-Viren. Vier genetische Mutationen in Viren wie diesen führen dazu, dass sie einen neuen Weg finden, um ihre bakteriellen Wirte anzugreifen.

Zwei Lambda-Viren. Vier genetische Mutationen in Viren wie diesen führen dazu, dass sie einen neuen Weg finden, um ihre bakteriellen Wirte anzugreifen.

Bildnachweis: Brian D. Wade und Alicia Pastor, Center for Advanced Microscopy, MSU

Warum gelang es dem Virus in den meisten Fällen nicht, durch die Tür des OmpF einzudringen? Die Forscher untersuchten, ob andere Veränderungen des Virus oder Bakterien verändert wurden.

Sie fanden heraus, dass, während andere Veränderungen des Virus nicht zu stören schienen, eine bestimmte Änderung im Virus gefunden wurde E coli Populationen aus 80 Studien haben es getan. In bakteriellen Genen traten Störungen auf, die für die Herstellung eines Proteinkomplexes namens ManXYZ in der inneren Membran verantwortlich waren. Diese Veränderung der inneren Membran bedeutete, dass das Virus nicht vollständig in die Zelle gelangen konnte, sei es durch LamB oder OmpF.

"Es gibt also diesen interessanten ko-evolutionären Tanz", sagte Meyer. "Eine Mutation im Wirt und vier Mutationen im Virus führen zu einem neuen Virus. Eine Mutation [im Wirt] und nur wenige Mutationen im Virus und eine zweite Mutation im Wirt, und das gesamte System wird heruntergefahren."

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