Bei den beiden Mikroben handelt es sich um Bakteriophagen, d. h. Viren, die Bakterien infizieren und aus einem Erdklumpen in Poolesville, MdL, gewonnen wurden. Bakteriophagen, auch einfach Phagen genannt, gehören zu den am häufigsten vorkommenden Organismen auf der Erde. In einem Gramm Erde können Millionen davon vorkommen.

Doch mit einem speziellen Mikroskop, das einen Elektronenstrahl zur Aufnahme von Bildern verwendet, wurde deCarvalho Zeuge eines wahrhaft bizarren Moments - ähnlich wie ein Wildtierfotograf, der ein Tierverhalten festhält, das niemand erwartet hatte.

„Ich konnte sehen, dass buchstäblich Hunderte von ihnen diesen kleinen Kerl am Hals trugen, und das war eindeutig kein Zufall“, sagte deCarvalho, die die Keith R. Porter Imaging Facility an der University of Maryland in Baltimore County leitet. „Wir wissen, dass Viren einige erstaunliche, interessante Dinge tun können. Aber dies ist nur eine weitere neue Sache, die niemand vorhersehen konnte.“

In einer kürzlich im Journal of the International Society for Microbial Ecology veröffentlichten Studie erklären deCarvalho und seine Kollegen, wie das seltsame Virenpaar wahrscheinlich entstanden ist. Das kleine Virus mit dem Namen MiniFlayer hat die Fähigkeit verloren, Kopien von sich selbst innerhalb von Zellen zu erstellen, wie es bei der Vermehrung von Viren üblich ist. Also hat die Evolution eine clevere, parasitäre Lösung entwickelt. MiniFlayer nutzt die Vorteile eines anderen Virus, genannt MindFlayer, indem er sich an dessen Hals klammert, und wenn sie gemeinsam in Zellen eindringen, nutzt MiniFlayer die genetische Maschinerie seines Partners, um sich zu vermehren.

Ist es eine Umarmung? Ein Würgegriff? DeCarvalho vergleicht die Beziehung mit viraler Anhalterei. Ihr Mitarbeiter Ivan Erill, ein Computerbiologe an der UMBC, vergleicht es mit einem Vampir, der seine Zähne in seine Beute schlägt. Es ist keine perfekte Analogie, aber er merkt an, dass sie manchmal, wenn sie MindFlayer allein finden, „Bissspuren“ an den Stellen finden, an denen MiniFlayers Ranken befestigt waren.

„Viren sind zu allem fähig. Sie sind die kreativste Kraft der Natur“, so Erill. „Wenn etwas möglich ist, werden sie einen Weg finden, es zu tun. Aber niemand hat damit gerechnet, dass sie so etwas tun würden.“

Das seltsame Universum der Viren

Die Entdeckung begann mit einer Vorlesung, in der die Studenten grundlegende Labortechniken erlernen sollten, indem sie gebeten wurden, Phagen aus Bodenproben zu isolieren und sie mithilfe der Genetik zu untersuchen. DeCarvalho arbeitet seit sieben Jahren mit dem Programm und sagt, dass der Anblick der Phagen für viele Studenten ein aufregender Moment ist, ähnlich wie wenn werdende Eltern zum ersten Mal das Ultraschallbild eines Fötus sehen.

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In diesem Fall haben die Studenten Jenell Lewis und Hira Ahmed ihren Phagen MindFlayer im Jahr 2019 isoliert und benannt. Die Genomsequenzierung ergab jedoch rätselhafte Ergebnisse, die auf eine Art Kontamination hindeuteten. Als deCarvalho den Phagen unter dem Mikroskop betrachtete, bemerkte sie nicht nur einen, sondern zwei Phagen.

Die „Virosphäre“, wie Wissenschaftler das seltsame Universum der Viren nennen, enthält bekanntermaßen Elemente, die als „Satelliten“ bezeichnet werden und ihre Fähigkeit zur Replikation in Zellen verloren haben. Normalerweise überwinden die Satelliten diesen Mangel, indem sie sich in das Genom der Zellen, die sie infizieren, integrieren. Dort lauern sie, bis ein anderes Virus, ein „Helfer“, der über die fehlenden Bestandteile verfügt, zufällig in die Zelle eindringt. Die Satelliten nutzen dann die Gelegenheit, um Kopien von sich selbst herzustellen.

MiniFlayer ist ein Satellit, aber im Gegensatz zur typischen Version hat er nicht die Fähigkeit, sich in Zellen zu verstecken. Das stellt ihn vor ein Rätsel: Wie kann er sicherstellen, dass er gleichzeitig mit seinem Helfer in der Zelle landet?

„Dieses Virus hat gesagt: Okay, ich werde mich an meinen Helfer anhängen, mich an seinen Hals hängen - und mit meinem Helfer reisen, bis wir eine neue Zelle finden“, so Erill.

In der Mikrobiologie wurden molekulare Piraterie und Hijacking verfeinert

Das ist in der Mikrobiologie gang und gäbe, wo Taktiken wie molekulare Piraterie und Hijacking im Laufe von Millionen von Jahren der Evolution verfeinert worden sind. Bakterien sind ihren viralen Feinden zahlenmäßig weit unterlegen, so dass sie sich in einem ständigen evolutionären Wettrüsten befinden. Bakterien entwickeln Abwehrmechanismen, und virale Phagen entwickeln Strategien zur Gegenabwehr. Phagen parasitieren andere Phagen.

Forscher sind daran interessiert, Phagen, die natürlichen Fressfeinde von Bakterien, als Medizin einzusetzen. Mit der Phagentherapie können schädliche Infektionen bekämpft werden - ein Ansatz, der an Bedeutung gewinnen könnte, da antibiotikaresistente Bakterien zu einer wachsenden Bedrohung geworden sind.

Terje Dokland, Professor für Mikrobiologie an der University of Alabama in Birmingham, der nicht an der Studie beteiligt war, bezeichnete die Beobachtung der beiden aneinander haftenden Phagen als „faszinierend“, forderte aber weitere Bilder und Untersuchungen, um genauere Schlüsse über die Interaktion zu ziehen und herauszufinden, ob die beiden Viren tatsächlich Zellen gemeinsam infizieren.

Die Autoren hoffen, mit Gruppen zusammenarbeiten zu können, die eine andere Form der Elektronenmikroskopie verwenden, um die Vorgänge besser zu verstehen. Im Gegensatz zu einem Vampir, so deCarvalho, saugt der MiniFlayer dem MindFlayer nichts aus.

„Wir wissen nicht, ob der Satellit seine DNA in den Helfer injiziert oder ob er nur mitfährt und dann abfällt, wie eine Zecke“, so deCarvalho. „Hoffentlich wird jemand anderes diese Arbeit aufgreifen und diese wirklich interessante Frage klären“.

Wir testen zurzeit maschinelle Übersetzungen. Dieser Artikel wurde aus dem Englischen automatisiert ins Deutsche übersetzt.

Dieser Artikel war zuerst am 14. November 2023 in englischer Sprache bei der „Washingtonpost.com“ erschienen – im Zuge einer Kooperation steht er nun in Übersetzung auch den Lesern der IPPEN.MEDIA-Portale zur Verfügung.