Bakterien unter Hungerstress: DNA-Austausch tritt hundertmal häufiger auf

In Mangelphasen müssen Mikroorganismen flexible Strategien entwickeln, um ihr Überleben zu sichern. Eine wissenschaftliche Untersuchung liefert nun detaillierte Einblicke in die Mechanismen, mit denen sich das Bakterium Escherichia coli an widrige Lebensbedingungen anpassen kann.

Wie Forschende des Institute of Science and Technology Austria (ISTA) darlegen, greifen die Bakterien unter Hungerstress auf ein Zusammenspiel von Bakteriophagen und ihrem CRISPR-Cas-Immunsystem zurück, um genetisches Material zwischen einzelnen Zellen zu übertragen.

Dieser Vorgang ermöglicht es den Mikroorganismen, neue Erbinformationen direkt in das eigene Genom einzubauen und an nachfolgende Generationen weiterzugeben.

Bakteriophagen und CRISPR-Cas im Zusammenspiel

Im Zentrum der Beobachtungen von Pavel Payne und C?lin Guet am ISTA steht ein Prozess des horizontalen Gentransfers, der unter Nährstoffmangel in Gang gesetzt wird.

Die Bakterien nutzen dabei Viren, die spezifisch Bakterien befallen – sogenannte Bakteriophagen –, in Kombination mit Mechanismen ihrer eigenen CRISPR-Cas-Immunität. Anstatt Phagen lediglich abzuwehren, wird das System so eingesetzt, dass Erbgutabschnitte von einer Spenderzelle auf eine Empfängerzelle übertragen werden können.

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Die Empfängerbakterien integrieren die übertragene DNA dauerhaft in ihr Erbgut. Dadurch bleibt das aufgenommene Material nicht flüchtig, sondern wird stabil vererbt. Nachfolgende Zellgenerationen tragen die neu integrierten Abschnitte somit weiter in der Population fort.

Evolutionäre Vorteile und Häufigkeit des Austauschs

Dieser Austausch von DNA weist Parallelen zur sexuellen Fortpflanzung auf. Durch das Teilen und Neukombinieren von Genomabschnitten entsteht innerhalb der Bakterienpopulation eine größere genetische Vielfalt. Nach Einschätzung der ISTA-Forschenden könnte dieser Vorgang die evolutionäre Anpassung der Bakterien deutlich beschleunigen, da vorteilhafte Genvarianten gezielt zusammengeführt werden können.

Hinsichtlich des Vorkommens ordnen die Wissenschaftler den Prozess als ein Ereignis ein, das in Bakterienpopulationen zwar insgesamt relativ selten auftritt, im direkten Vergleich jedoch bedeutsam ist: Der Vorgang vollzieht sich mehr als hundertmal häufiger als das Auftreten spontaner Mutationen.

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Während nicht jede Darstellung der Forschungsarbeiten diese exakte Relation aufgreift, betonen die Fachleute übereinstimmend die Ähnlichkeit des Mechanismus mit sexuellen Fortpflanzungsstrategien.

Die detaillierten Ergebnisse der Forschungsarbeit von Payne und Guet wurden im Fachjournal Molecular Biology and Evolution (2026, DOI: 10.1093/molbev/msag238) veröffentlicht, wie unter anderem das ISTA in einem Bericht vom 1. Oktober 2026 mitteilte. Die Studie verdeutlicht, wie eng Abwehrmechanismen und evolutive Anpassungsstrategien bei Mikroorganismen unter physiologischem Stress miteinander verknüpft sind.

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