Einer der meisten häufig vorkommende und tödlichste Organismen Auf der Erde gibt es ein Virus namens Bakteriophage (Phage). Diese Raubtiere verfügen über eine tödliche Präzision gegen ihre Ziele – nicht gegen Menschen, sondern gegen Bakterien. Es haben sich verschiedene Phagen entwickelt, die auf unterschiedliche Bakterien abzielen und eine entscheidende Rolle in der mikrobiellen Ökologie spielen. Kürzlich entdeckten Wissenschaftler von ADA Forsyth, die die komplexen Wechselwirkungen von Mikroben im oralen Mikrobiom untersuchten, einen dritten Akteur, der das Phagen-Bakterien-Wettrüsten beeinflusst – ultrakleine bakterielle Parasiten, Saccharibakterien oder TM7 genannt.
In der Studie, die erscheint Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (PNAS) fanden die Wissenschaftler heraus, dass der nanoskalige epibiotische Parasit TM7x seinem Wirtsbakterium (einem Schaalia odontolytica-Stamm namens XH001) dabei hilft, Resistenz gegen lytische Phagen zu entwickeln.
„Phage greift sein Beutebakterium XH001 an und tötet es. Wenn XH001 jedoch durch TM7x parasitiert wird, wird es resistent gegen eine Phageninfektion“, sagte der leitende Forscher Xuesong He, Ph.D., DDS, ein leitender Mitarbeiter der ADA Forsyth Institute (AFI).
„Hier haben Sie drei Mitglieder des oralen Mikrobioms: einen Wirt, einen Parasiten und ein Raubtier. Während der Parasit die Wirtsbakterien zu seinem eigenen Vorteil ausnutzen kann, hilft er dem Wirt, sich vor dem Raubtier zu schützen. Das ist sehr faszinierend.“ Interaktion innerhalb des menschlichen Mikrobioms, und es ist das erste Mal, dass diese Art von Interaktion dokumentiert wurde.
Die meisten berichteten Phagenresistenzmechanismen beruhen auf Mutationen von Phagenrezeptoren auf den Oberflächenstrukturen der Bakterien. Phagen haben ebenfalls genetische Abwehrveränderungen entwickelt, um sich an diese Barrieren anzupassen. Im Gegensatz dazu verursacht der Parasit eine physiologische Veränderung des Wirtsbakteriums, die die Genexpression verändert, nicht jedoch die genetische Ausstattung des Bakteriums. Diese Veränderung führt dazu, dass das Gen anders exprimiert wird und die Oberflächenstrukturen der Bakterien moduliert werden, wodurch die Phagen daran gehindert werden, sich anzuheften.
Im Reagenzglas verursacht TM7x Probleme für die Wirtsbakterien, indem es sie stresst und das Wachstum verringert. Befinden sich die Organismen jedoch in der Mundhöhle, einem komplexen mikrobiellen Ökosystem, wird der Parasit von Vorteil.
In diesem Zusammenhang unterstützt TM7x letztendlich die Koexistenz von Phagen und Bakterien, indem es eine Sink-Source-Dynamik erzeugt: Die Bakterien ohne TM7x können weiterhin für den Phagen verfügbar sein, während die Bakterien mit dem Parasiten den Phagen widerstehen. Diese Bakterien können weiterhin einen Vorrat für den Phagenverbrauch reproduzieren und sich gleichzeitig vor dem lytischen Phagen schützen, indem sie eine symbiotische Beziehung mit TM7x eingehen.
Dieses neue Verständnis des oralen Mikrobioms zeigt, dass die Umgebung sehr dynamisch ist. Wenn sich die Umgebung ändert, kann sich die Beziehung zwischen Mikroben ändern. „Im Hinblick auf die orale Ökologie“, sagte Dr. He, „gibt es keine schlechten Bakterien oder schlechten Mikroben. Sie versuchen nur zu überleben. Ob es gut oder schlecht ist, hängt vom Kontext ab.“
Mehr Informationen:
Le, Shuai et al., Episymbiotic Saccharibacteria TM7x moduliert die Anfälligkeit seiner Wirtsbakterien für Phageninfektionen und fördert deren Koexistenz. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2319790121. doi.org/10.1073/pnas.2319790121