Genetik der Bakterien

Parasexualität

Stand: 18. Juni 2007Autor: Onmeda-Redaktion

Durch sexuelle Vermehrung wird die genetische Variabilität gewährleistet. Durch das Zusammentreffen der DNA von Eizelle und Spermium wird das Erbgut zweier Menschen gemischt und es entsteht ein Individuum mit neuen genetischen Eigenschaften.

Bakterien vermehren sich nicht geschlechtlich, sondern durch Zweiteilung. An die Tochterzellen werden Kopien der Ursprungs-DNA weitergegeben. Durch bestimmte Mechanismen, die man unter dem Begriff Parasexualität zusammenfasst, ist es ihnen 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 dabei 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 (z.B. Streptococcus pneumoniae) 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 Bakterien ein. Die eingebaute Phagen-DNA wird im Bakterium über die zelleigenen Replikationsmechanismen vermehrt, die die Bauanleitung für die Einzelteile der Phagenhülle enthält, die nun vom Bakterium hergestellt werden. Die Einzelteile des Virus setzen sich in der Zelle selbst zusammen und die vermehrte Phagen-DNA wird in die Phagenhüllen 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 Phagenhülle 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 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 sog. Pili aus.