Mobile Intron RNA in toten Archaeen Gensprung von Räuber zu Beute

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Eltern geben ihre Gene an die Nachkommen weiter. Doch es gibt auch mobile Gene, die unabhängig sind von Fortpflanzung und sogar in andere Arten springen können. En Team am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen hat dies nun direkt beobachtet: ein Gensprung von Räuber zu Beute.

Springende Gene sind Parasiten im Erbgut von Bakterien, Pflanzen, Tieren und Menschen. Sie werden aus der Ribonukleinsäure (RNA) als kleine RNA in der Zelle freigesetzt und haben komplexe Mechanismen, um sich in der Zelle an anderer Stelle des Erbguts einzufügen, womit sie der Zelle oft neue Eigenschaften vermitteln und somit die Evolution beschleunigen. Es gibt auch springende Gene, die sich selbst aus der RNA befreien mittels eines RNA-Enzyms. Diese Ribozyme oder selbstspleißende Introns sind eine spezielle Gruppe von springenden Genen.

Schwieriger ist der Sprung in eine andere Zelle oder andere Art. Stammbaumanalysen von Genen belegen, dass solche Sprünge stattgefunden haben. Bislang hatte man angenommen, dass dafür die springenden Gene als „Anhalter“ in den Genomen von Plasmiden oder Viren mitreisen. Jetzt haben Jens Harder und seine Mitarbeiterinnen am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen eine überraschende Beobachtung gemacht.

Eine Lebensgemeinschaft auf Orangenduft

Das Team untersuchte eine langsam wachsende, Methan-produzierende Anreicherung von Bakterien und Archaeen mit einer besonderen Zusammensetzung: am häufigsten war ein sehr kleines räuberisches Bakterium, Candidatus Velamenicoccus archaeovorus. Es ernährt sich von den Mikroorganismen, die Limonen (den Duft der Orangen) zu Methan und Kohlendioxid abbauen. Der bedeutendste Methanproduzent – nicht nur in der untersuchten Mikrobengemeinschaft sondern auf der ganzen Erde – ist Methanothrix soehngenii. Einzelne Zellen in den Filamenten dieses Methan-produzierenden Bakteriums waren tot, was die Forschenden stutzig machte. Kann die Todesursache das räuberische Ca. Velamenicoccus archaeovorus sein? Dazu müsste man Moleküle von Ca. Velamenicoccus archaeovorus in den toten Zellen nachweisen können.

Die Suche nach Intron-RNA

Studienleiter Harder entdeckte bei der Analyse des Erbguts von Ca. Velamenicoccus archaeovorus ein springendes Gen, ein Intron. Weil noch nie eine Intron-RNA außerhalb einer Zelle beobachtet wurde, entschied sich Harder, das Intron in den Opfern von Ca. Velamenicoccus archaeovorus zu suchen.

Das Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie hat geeignete Verfahren entwickelt, die wenige Moleküle von RNA in Bakterienzellen nachweisen können. Nach der Entwicklung von spezifischen Nukleinsäuresonden zeigten mikroskopische Aufnahmen die Anwesenheit der Intron-RNA in lebenden Zellen von Ca. Velamenicoccus archaeovorus und in toten Zellen von Methanothrix soehngenii. Das Intron war also offenbar vom Räuber in die (getötete) Beute übergegangen – ein Sprung in eine leere Zelle.

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Wie RNA in der Fremde überlebt

Normalerweise ist keine RNA in toten Zellen mehr enthalten. Die Ribonukleinsäuren sind die Boten in lebenden Zellen: lange Kettenmoleküle, die die Baupläne für die Zelle vom Erbgut zu den Proteinfabriken bringen und dann sehr schnell vom Ende her abgebaut werden.

Das Überleben der Intron-RNA in den Zellen ist aber nicht überraschend, da das Intron eine zirkuläre RNA ohne offenes Ende bildet, die resistent gegenüber den Abbauenzymen ist. „Die Stabilität der Intron-RNA in ihrer Ringform ist eine Besonderheit“, sagt Harder. „Im Menschen beeinflussen zirkuläre RNA-Moleküle viele Stoffwechselprozesse und ihre Beteiligung an der Entstehung von Tumoren wird zur Zeit intensiv erforscht. Auch die Anwendung in RNA-Impfstoffen, z.B. gegen den Covid-Virus und bestimmte Krebsformen, ist auf den Weg. Unsere Studie hat gezeigt, dass in Mikroorganismen springende Gene durch ihre zirkuläre RNA in andere Arten gelangen können.“

Originalpublikation: Kizina, J., Lonsing, A. & Harder, J. Mobile intron RNA from a bacterial predator accumulates in dead archaeal cells, Sci Rep 16, 14654 (2026); DOI: 10.1038/s41598-026-51721-6

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