In einer in PNAS veröffentlichten Studie nutzten Wissenschaftler eine experimentelle Evolutionsmethode, um die genetischen Schlüsselfaktoren ihrer Anpassung an Umweltbedingungen zu identifizieren. Dabei isolierten sie Super-Räuber, die ein spezifisches genetisches Programm aktivieren. Dieses Programm optimiert den Verzehr ihrer Beute, indem es den Fettsäurestoffwechsel anregt und ihre Widerstandsfähigkeit gegen oxidativen Stress erhöht.
Diese Entdeckungen eröffnen neue Perspektiven für das Verständnis der Ernährungsbeschränkungen, denen Räuber in ihrer ökologischen Nische ausgesetzt sind.
Bakterielle Räuber sind wichtig für die Bodenökologie
Böden beherbergen komplexe mikrobielle Gemeinschaften. Metagenomische Daten zeigen, dass Räuber eine zentrale Rolle für den Erhalt von Ökosystemen spielen. Dennoch ist diese Rolle noch wenig verstanden, und es ist entscheidend, die Interaktionsmechanismen zwischen Räubern und ihrer Beute genauer zu analysieren.
Die Bodenbakterie Myxococcus xanthus ist ein ideales Modell, um diese Mechanismen auf genetischer und molekularer Ebene zu untersuchen. Im Labor entdeckten Wissenschaftler, dass Myxococcus seine Beute durch direkten Kontakt tötet, sie zum Platzen bringt und ihre Überreste verzehrt. Doch der Stoffwechsel des Räubers und die Art der aus der Beute gewonnenen Nährstoffe blieben unklar.
Experimentell erzeugte Super-Räuber
Um diese Fragen zu klären, führten die Forscher ein Laborexperiment durch, um besser angepasste Super-Räuber zu selektieren. Sie isolierten Varianten, die Mutationen ansammeln, die ein spezifisches genetisches Programm aktivieren. Dies ermöglicht ihnen eine bessere Anpassung an ihre Beute. Die in PNAS veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass diese Anpassung auf zwei wesentlichen Fähigkeiten beruht:
- Aktivierung des Fettsäurestoffwechsels, wodurch der Räuber effizienter Nahrung aufnehmen kann, vermutlich durch bessere Verdauung der Lipide aus den Beuteüberresten.
- Aktivierung von Genen, die eine höhere Resistenz gegen oxidativen Stress verleihen. Diese Anpassung zeigt, dass Beutezellen bei ihrer Lyse reaktive Sauerstoffspezies freisetzen, die die räuberischen Bakterien beeinträchtigen.
Obwohl im Labor durchgeführt, offenbart diese Studie den Stress, dem Räuber ausgesetzt sind, und ihre Anpassungsmechanismen. Sie eröffnet neue Perspektiven, um die Ernährung räuberischer Bakterien zu verstehen und zu bestimmen, welche Lipide konsumiert werden. Eine vergleichende Analyse von aus Böden isolierten Stämmen wäre besonders nützlich, um diese Anpassungen in ihrer natürlichen Umgebung besser zu verstehen.
Zudem zieht diese Forschung Parallelen zu Pathogen-Wirt-Interaktionen, bei denen Fettsäurestoffwechsel und oxidative Stressresistenz ebenfalls eine Schlüsselrolle spielen.
Mikrofluidik ermöglicht es, Myxococcus (grün) mit einer einzelnen Beute (E. coli, rot) in einem Mikrotröpfchen einzuschließen. Man beobachtet, wie Myxococcus xanthus sich auf der Beute ansammelt, um sie durch Kontakt zu töten. Die Tröpfchen enthalten einen Farbstoff, der auf reaktive Sauerstoffspezies (ROS) reagiert und bei Oxidation gelb wird. Die Lyse der Beute führt zu einer Gelbfärbung, was die ROS-Produktion offenbart. Die Anpassung von Myxococcus an ROS ermöglicht es ihm, deren Angriff zu widerstehen – ein Phänomen, das auch auftritt, wenn ein Pathogen von einem Makrophagen phagozytiert wird.
© Rikesh Jain, Tâm Mignot, Hung Le, CNRS