Wie viele Gene braucht eine Mikrobe?

Die einfachste bisher bekannte Lebensform ist das Bakterium Candidatus Carsonella rudii, das lediglich 182 Gene besitzt. Eine menschliche Zelle weist dagegen etwa 20.000-30.000 Gene auf. Allerdings kann die genannte Mikrobe nicht alleine überleben und muss daher einen anderen Organismus, in diesem Fall einen Blattfloh, bewohnen. Durch eine Symbiose im gegenseitigen Interesse „spart“ sie sich einige Gene. Auf solche eigentlich unerlässlichen Gene verzichten auch manche parasitäre Erreger, die dann vom befallenen Organismus abhängig sind.

Das freischwimmend im Meer lebende Bakterium Pelagibacter ubique ist mit 1.354 Genen die kleinste bisher bekannte selbstständige, fortpflanzungsfähige Zelle. Aktuell stellt dies somit eine Minimalanzahl von Genen für freilebende Mikroben dar. Wissenschaftler arbeiten allerdings an einer künstlichen Mikrobe mit Minimalgenom.

Mikroben besitzen in der Regel weniger Gene als mehrzellige Organismen. Ausreichend Gene müssen zumindest die Lebensfähigkeit und Fortpflanzung sicherstellen. Je nach Komplexität und besonderen Eigenschaften kommen noch weitere Gene hinzu. So zeichnen sich viele Mikroben durch ihre Anpassungsfähigkeit an verschiedene Bedingungen aus, wofür sie Eiweiße und damit die dafür kodierenden Gene zu deren Herstellung benötigen. So kann beispielsweise ein bestimmter Zucker die benötigten Gene für dessen Verwertung aktivieren.

Manche Gene kommen in mehreren Kopien innerhalb einer Zelle vor, weshalb viel Erbmaterial also nicht automatisch die Anwesenheit vieler verschiedener Gene bedeutet. 

Eine Besonderheit von Mikroorganismen ist das häufige Vorkommen zusätzlicher Erbinformationen auf Plasmiden. Diese sind normalerweise für die üblichen Abläufe der Zelle nicht erforderlich, können aber unter bestimmten Bedingungen Vorteile verschaffen. Ein Beispiel hierfür sind Antibiotika-Resistenzgene, die Mikroben mit dem entsprechenden Plasmid das Überleben auch bei Anwesenheit von Antibiotika ermöglichen.

Zum Weiterlesen:

https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/gen/27194

https://www.biologie-seite.de/Biologie/Carsonella_ruddii

https://www.biologie-seite.de/Biologie/Pelagibacter_ubique

 

© Text Franz Opel / VAAM, franz.opel[at]ufz.de
© Abbildung Anna Ender, anna.ender[at]uni-leipzig.de