Mikrobiologen unter der Leitung der Biologin Frédérique Le Roux von der Université de Montréal haben unter Wasser einen Durchbruch erzielt und in Meeresbakterien sogenannte „Minisatelliten“ entdeckt.
Diese winzigen genetischen Elemente, bekannt als Phagen-induzierbare chromosomale minimalistische Inseln (PICMIs), verändern die Art und Weise, wie Wissenschaftler über das Leben im Ozean denken.
„Stellen Sie sich ein winziges Stück DNA vor, das sich nicht von selbst bewegen kann“, sagte Le Roux, Inhaber eines Canada Excellence in Research Chair, dessen internationale Studie durchgeführt wurde veröffentlicht diese Woche in Naturkommunikation.
„Die DNA braucht ein Virus, einen sogenannten Phagen, um sich fortzubewegen. Diese werden als Phagensatelliten bezeichnet. Phagen greifen normalerweise Bakterien an, aber diese Satelliten sind wie kluge Anhalter, die Phagen als Trittbrettfahrer nutzen.“
In ihrer Studie stellten Le Roux und ihre Co-Forscher in Frankreich und Spanien fest, dass PICMIs stark von ihren Phagenpartnern abhängig sind. Sie benötigen bestimmte Phagen, um sie aufzuwecken und ihre Reise zu beginnen.
„Das Faszinierende ist, dass viele Satelliten zwar ihre Phagenwirte stören, PICMIs dies jedoch weniger tun und eine harmonischere Beziehung zeigen“, sagte le Roux.
Diese winzigen Elemente sind nicht nur seltene Kuriositäten; Sie kommen in einer Vielzahl von Vibrionaceae-Bakterien vor, einer Familie, zu der einige bekannte Bakterien wie Vibrio cholerae gehören. Die Detektivarbeit des Teams im Bakteriengenom ergab, dass PICMIs in diesen Meeresbakterien recht häufig vorkommen.
Klein und einfach
PICMIs sind etwas Besonderes, weil sie unglaublich klein und erstaunlich einfach sind. Sie verändern die Form ihrer Phagen-„Taxis“ nicht und können ihre DNA auf einzigartige Weise verpacken. Sie schleichen sich direkt neben einem Schlüsselgen in das bakterielle Genom ein und verfügen nur über wenige wesentliche Werkzeuge, um sich in die bakterielle DNA hinein- und herauszuschneiden und einzufügen.
Und PICMIs sind ziemlich clever. Sie greifen die Phagen, die sie in sich tragen, nicht an, was bedeutet, dass sie sich verbreiten können, ohne Probleme zu verursachen. Darüber hinaus haben sie noch einen weiteren Trick im Ärmel: Sie können ihren Bakterienwirt vor anderen schädlichen Phagen schützen und werden so zu einer Art mikroskopisch kleiner Leibwächter.
Der vielleicht aufregendste Teil ist die Entdeckung eines neuen Verteidigungssystems in PICMIs. Sie haben ein Gen namens up2, das ihrem bakteriellen Wirt hilft, bestimmte Phagen abzuwehren. Dies ist wie eine Geheimwaffe gegen unerwünschte Eindringlinge und zeigt, wie komplex und faszinierend die Mikrowelt in unseren Ozeanen sein kann.
„Kurz gesagt, die Entdeckung von PICMIs ist wie die Suche nach einem neuen Teil im Puzzle des Meereslebens“, sagte Le Roux, neuer Professor an der Abteilung für Mikrobiologie, Infektionskrankheiten und Immunologie der UdeM.
„Unsere Ergebnisse verraten uns mehr über die winzigen Schlachten und Allianzen, die unter dem Meer stattfinden, wo Bakterien, Viren und diese Minisatelliten eine entscheidende Rolle spielen. Diese Forschung ist nicht nur eine wissenschaftliche Kuriosität; sie könnte uns helfen, mehr über die Ozeane zu verstehen.“ Ökosystem und inspirieren sogar neue Wege zur Bekämpfung bakterieller Infektionen.
Mehr Informationen:
Rubén Barcia-Cruz et al., Phagen-induzierbare chromosomale minimalistische Inseln (PICMIs), eine neuartige Familie kleiner Meeressatelliten virulenter Phagen, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-44965-1