Prokaryoten sind besser vor Transposons geschützt

Der frühe Tod von Zellen mit Transposons verhindert, dass sich diese in einer Population ausbreiten

Transposons oder "Transponierbare Elemente“ sind kleine DNA-Abschnitte, die in fast allen Genomen im Stammbaum des Lebens zu finden sind. Ihre Funktion ist nicht vollständig geklärt, aber ihre Eigenschaften sind bemerkenswert: Sie können sich in die DNA integrieren und sich dort auch unabhängig von ihrem Wirt reproduzieren. Daher wird angenommen, dass die Vermehrung von Transposons entscheidend zur Genomgröße der Eukaryonten beigetragen hat. Transposons kommen jedoch auch in Prokaryonten vor, die viel kleinere Genome haben. Außerdem sind deren Genome deutlich gestrafft, was bedeutet, dass ein viel geringerer Anteil nicht codierend ist. Einem Forscherteam des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Plön ist es nun gelungen, mit Hilfe von Computermodellen Licht in die Sache zu bringen.
 

Entwicklungszyklus eines so genanntes "Stein-Papier-Schere"-Gleichgewichts zwischen gestrafften (streamlined) Populationen, nicht-gestrafften (non-streamlined) Populationen und den Transposons (codierende Abschnitte sind blau, Transposons rot dargestellt).

 

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Populationen mit gestrafften Genomen besser gegen Transposons geschützt sind. Obwohl einzelne Zellen, die damit "infiziert" sind, wahrscheinlich aufgrund von DNA-Schäden absterben, verhindert dieser frühe Tod, dass sich Transposons in der Population ausbreiten. Dieser Schutzmechanismus funktioniert nur bei ungeschlechtlichen Prokaryonten, nicht aber bei Eukaryonten, die sich sexuell fortpflanzen.

In der Simulation wurde ein dreifaches "Stein-Papier-Schere"-Gleichgewicht zwischen gestrafften (streamlined) Populationen, nicht-gestrafften (non-streamlined) Populationen und den Transposons hergestellt: Zunächst setzt sich die gestraffte Population gegenüber den Transposons durch, aber diese sterben nicht aus. Das liegt daran, dass mit weniger Transposons die Selektion zugunsten der gestrafften Populationen abnimmt. Die nicht-gestrafften Populationen haben einen Vorteil gegenüber den ersteren, weil sie robuster gegenüber Mutationen sind. Wenn die Population der nicht-gestrafften Genome zunimmt, haben die Transposons wieder eine Chance, sich zu entwickeln usw. Die Modellierung zeigt, dass die transponierbaren Elemente ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung der Größe eines Genoms zu sein scheinen; sie können sowohl eine Verkleinerung als auch eine Vergrößerung bewirken.

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