Bakteriengenome im Vergleich

Rickettsien sind intrazellulär lebende Bakterien, die durch Läuse und Zecken übertragen werden. Rickettsia prowazekii (natürlicher Wirt: Läuse) verursacht Fleckfieber, R. conorii (natürlicher Wirt: die Hundezecke Rhipicephalus sanguineus) die Mittelmeerform des Fleckfiebers. R. prowazekii und R. conorii sollen vor 80 bzw. 40 Millionen Jahren aus einem gemeinsamen Vorfahren hervorgegangen sein, der heute ausgestorben sein soll (Couzin 2002). Nachdem das R. prowazekii-Genom mit einer Länge von 1,1 Milliarden Basenpaaren bereits 1998 sequenziert worden war, folgte kürzlich auch das R. conorii-Genom (1,3 Milliarden Basenpaare). Ein Vergleich der beiden Genome gibt interessante Einsichten über (mikro-)evolutionäre Veränderungen eines Genoms zwischen nahe verwandten Arten (OGATA et al. 2001): R. conorii hat 1374 funktionelle Gene, R. prowazekii nur 834. Trotzdem hat letztere Art (R. prowazekii) 30 Gene, die bei R. conorii völlig fehlen (24 Gene) oder nur als nicht-funktionelle Reste vorkommen (6 Gene). Die überzähligen Gene bei R. conorii wiederum betreffen deutlich häufiger die Bereiche DNA-Verdopplung, Transporterproteine, regulatorische Proteine und Antibiotika-Resistenz.

Die Reihenfolge der Gene in beiden Genomen ist größtenteils identisch bis auf einige kurze Abschnitte am Ende des einzigen Chromosoms, in welchem die Gene in umgekehrter Reihenfolge angeordnet sind, was sich als eine Umkehrung durch eine Mutation (Inversion) erklären läßt. Diese Umkehrung findet sich auch bei anderen Arten der Gattung Rickettsia, wobei die Verteilung mit der bisherigen Taxonomie übereinstimmt: R. prowazekii näherstehende Bakterien haben das R. prowazekii-Genmuster; fernerstehende Arten unterscheiden sich davon.

In vielen Fällen besitzt R. conorii nicht andere Gene, sondern einfach nur mehr Kopien einiger bestimmter Gene als R. prowazekii. Die Hälfte der Gene, die bei R. prowazekii nicht mehr funktionell sind, existieren noch fragmentarisch an derselben Stelle wie im R. conorii-Genom. Es sind verschiedene Stadien des Genverlustes erkennbar: Einige Gene sind fast völlig verschwunden, andere noch zu einem erheblichen Teil erhalten, wieder andere sind in mehrere Einzelteile zerlegt und werden oft noch zum Teil abgelesen. Der Zerfall des Genoms der als jünger eingestuften Art R. prowazekii wirkt wie das Gesamtergebnis von Mutationen und Anpassung an die Lebensbedingungen in den Wirten. Die durch Mutationen verringerte Funktionsfähigkeit des DNA-Reparatursystems bei R. prowazekii hat vielleicht zu dem stärkeren Genverlust beigetragen.

Ansätze für die Entstehung funktionell neuer Gene sind trotz der behaupteten langen Zeitspanne seit der behaupteten Abspaltung vom „letzten gemeinsamen Vorläufer“ nicht zu erkennen.

[COUZIN J (2001) Painting a Picture of Genome Evolution, Science 293, 1969-1970; OGATA H, AUDIC S, RENESTO-AUDIFFREN P, FOURNIER PE, BARBE V, SAMSAN D, ROUX V, COSSART P, WEISSENBACH J, CLAVERIE JM, RAOULT D (2001) Mechanisms of Evolution in Rickettsia conorii and R. prowazekii. Science 293, 2093-2098.]

WL