Genetische Analysen haben gezeigt, wie sich die Stoffwechselkapazitäten der symbiotischen Bakterien im Darm von Termiten im Laufe der Evolution verändert haben. Forscher am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg, Deutschland, haben die evolutionäre Entwicklung symbiotischer Bakterien im Darm von Termiten hinsichtlich ihrer Stoffwechselkapazitäten analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass einige Stämme von Bakterien tatsächlich bereits auf dem Weg sind, von nützlichen zu parasitären zu werden.
Nicht nur Menschen oder Wiederkäuer haben unzählige Mikroben in ihren Därmen. Die Därme vieler Termitenarten, die sich von der Zersetzung schwer verdaulicher Holzbestandteile ernähren, sind mit zahlreichen einzelligen Helfern, sogenannten Flagellaten, gefüllt. Diese werden wiederum von Bakterien besiedelt. Die bakteriellen Endosymbionten leben in oder auf den eukaryotischen Flagellaten und versorgen sie im Termitendarm mit Nährstoffen. Ein Team unter der Leitung des Marburger Max-Planck-Forschers Andreas Brune möchte ein besseres Verständnis für die Details des Zusammenlebens gewinnen und insbesondere die weltweit wichtige Stoffwechselleistung der Bakterien untersuchen.
In ihrer neuesten Studie untersuchte das Team von Andreas Brune, wie die Partnerschaft zwischen Flagellaten und Bakterien entstand und wie die Stoffwechselaktivität der Bakterien mit dieser evolutionären Entwicklung korreliert. Dieser Ansatz wird normalerweise dadurch eingeschränkt, dass keine nahen Verwandten mehr existieren, die außerhalb der Wirtszellen leben. In diesem Fall hatten die Forscher Glück: Eine Gruppe von Bakterien namens Endomicrobia enthält sowohl freilebende Formen als auch Endosymbionten der Flagellaten.
Die Forscher analysierten die genetischen Informationen von bakteriellen Stämmen, die mit verschiedenen Termiten in Verbindung stehen, mithilfe der Metagenom-Sequenzierung. “Als wir die Ergebnisse betrachteten, erkannten wir, dass die Endomicrobia-Bakterien, die die Flagellaten bewohnen, im Laufe der Zeit viele Gene verloren hatten”, erklärt Undine Mies, Doktorandin in der Gruppe. Dieser Verlust wurde jedoch durch die Übernahme neuer Funktionen durch den Gentransfer von anderen Darmbakterien kompensiert.
“Indem sie Gene von anderen Bakterien in ihrer Umgebung erhielten, waren die Bakterien besser in der Lage, ihren Stoffwechsel umzustellen, um andere Energiequellen wie Zuckosphosphate zu nutzen”, sagt Undine Mies. “Dieses Ergebnis betont, wie wichtig dieser horizontale Gentransfer für die Ko-Evolution von Organismen ist.” Die Daten zeigen auch, wie es im Verlauf dieser Evolution zu einer Umstellung im Energiestoffwechsel von Glukose auf Zuckerphosphate und letztendlich zu einem vollständigen Verlust der Fähigkeit zur Zuckeraufspaltung kam.
