Der Wert der Informationsbeschaffung in der Phagen-Bakterien-Kriegsführung

Laut einer Studie werden Phagen, die Viren, die Bakterien infizieren, hohe Wachstumskosten zahlen, um auf Umweltinformationen zuzugreifen, die ihnen bei der Auswahl des Lebenszyklus helfen können.

Yigal Meir und Kollegen entwickelten ein Modell eines Bakterien-Phagen-Systems, um zu untersuchen, wie viel die Viren bereit sein sollten, zu investieren, um Informationen über ihre lokale Umgebung zu erhalten. Die Studie ist veröffentlicht im Tagebuch PNAS-Nexus.

Ein gemäßigter Phage kann, sobald er sich in einem Bakterium befindet, einen von zwei Lebenszyklen wählen. Im Lysezyklus verwandelt der Phagen das Bakterium in eine Fabrik für weitere Phagen, bis die Zelle voller Phagen ist und das Bakterium platzt und stirbt.

Im lysogenen Zyklus fügt der Phage seine DNA in das Bakteriengenom ein. Diese lysogene Strategie ist in Situationen nützlich, in denen nur wenige unmittelbare Infektionsmöglichkeiten bestehen, entweder weil sich nur wenige Bakterien in der Nähe befinden oder weil alle Bakterien in der Nähe bereits mit verwandten Phagen infiziert sind.

Sobald Phagen-DNA in das Bakterium eingefügt wird, tragen seine Nachkommen ebenfalls Phagen-DNA und können in Zukunft Phagen produzieren, wenn mehr nicht infizierte Ziele verfügbar sind. Wenn man das Ausmaß der Infektionsmöglichkeiten kennt, kann man bestimmen, welcher Lebenszyklus auf lange Sicht zu mehr Nachkommen des Phagen führen würde.

Einige Phagen verfügen zwar über Möglichkeiten, die Häufigkeit von Bakterien in der Nähe sowie die Häufigkeit von Phageninfektionsereignissen in der Nähe zu erfassen – diese Wahrnehmungsfähigkeiten erfordern jedoch Gene, die für den Phagen auf Kosten gehen. Die Autoren untersuchen theoretisch den „Preis“ in Bezug auf die lysogene Wachstumsrate oder die Anzahl der pro Ausbruch freigesetzten Phagen, den Phagen für den Erhalt von Umweltinformationen zu zahlen bereit sein sollten.

Den Autoren zufolge wird ein lysogener Phagen, der eine Wachstumsrate von 50 % erlitten hat, um an Umweltinformationen zu gelangen, immer noch einen Phagen übertreffen, der die Häufigkeit von Phagen oder Bakterien in der Nähe nicht wahrnimmt.