Bakteriengenetik: Parasexualität

Veröffentlicht von: Dr. rer. nat. Geraldine Nagel (06. September 2012)

Durch sexuelle Vermehrung wird die genetische Variabilität einer Art gewährleistet. Bakterien vermehren sich jedoch nicht geschlechtlich, sondern durch Zweiteilung. An die Tochterzellen werden jeweils Kopien der Ursprungs-DNA weitergegeben. Durch bestimmte Mechanismen, die man unter dem Begriff Parasexualität zusammenfasst, ist es Bakterien aber möglich, Erbgut an verschiedene bakterielle Partnerzellen weiterzugeben.

Bei diesen Mechanismen wird DNA von einer Spenderzelle (Donorzelle) in eine Empfängerzelle (Rezeptorzelle) weitergegeben. Sofern es sich bei der DNA nicht um ein Plasmid handelt, muss die empfangene DNA in die DNA der Empfängerzelle eingebaut werden, da diese sonst bei der nächsten Zellteilung nicht an die Tochterzellen weitergegeben werden kann und die genetische Information verlorengeht.

Transformation

Manche Bakterienarten besitzen die Fähigkeit freie, außerhalb der Zelle vorliegende DNA in die eigene Zelle aufzunehmen. Diese Fähigkeit wird natürliche Kompetenz genannt und ist Voraussetzung für die Transformierbarkeit von Bakterien.

Die fremde DNA wird in die DNA des aufnehmenden Bakteriums eingebaut (Rekombination) und kann nun bei Zellteilungen weitergegeben werden. Alle Tochterzellen dieses Bakteriums besitzen dadurch die neu aufgenommene DNA einschließlich der dort codierten Eigenschaften.

Den Mechanismus der Transformation machen Forscher sich in der Gentechnologie zunutze, um erwünschte DNA-Abschnitte, die zuvor in Plasmide eingebaut wurden, in Bakterien einzubringen.

Transduktion

Transduktion ist die Übertragung bakterieller DNA durch Bakteriophagen. Bakteriophagen sind Viren, die auf Bakterien spezialisiert sind. Normalerweise infizieren sie Bakterien und bauen ihre DNA in die DNA der befallenen Bakterien ein. Die eingebaute Phagen-DNA wird dann im Bakterium über die zelleigenen Replikationsmechanismen vermehrt, welche die Bauanleitung für die Einzelteile der Phagen-Hülle enthält, die nun vom Bakterium hergestellt werden. Die Einzelteile der Bakteriophagen setzen sich in der Zelle selbst zusammen und die vermehrte Phagen-DNA wird in die Phagen-Hüllen verpackt. Die Zellhülle des Bakteriums löst sich auf (Lyse) und die neuen Bakteriophagen werden freigesetzt und können neue Bakterien infizieren.

Bei diesem Vorgang kann es passieren, dass fälschlicherweise Teile der bakteriellen DNA anstelle der ganzen oder von Teilen der Phagen-DNA in die Phagen-Hülle verpackt werden. Dieser "falsch bepackte" Bakteriophage ist defekt und wird bei der nächsten bakteriellen Zelle, die er infiziert, zwar die DNA in das Bakterium abgeben können – neue Phagen werden jedoch nicht mehr produziert und das Bakterium kann auch nicht zerstört werden. Die neue DNA kann so in das Kernäquivalent integriert werden.

Konjugation

Als Konjugation bezeichnet man den DNA-Austausch eines Spender-Bakteriums (Donor) mit einem Empfänger-Bakterium (Rezeptor) durch einen direkten Zell-Zell-Kontakt. Für diesen Zweck bilden die Bakterien eine Zellplasmabrücke (Konjugationsbrücke) in Form von sogenannten Pili aus.