Die Forschung von Andrew D. Farr, Christina Vasileiou, Peter A. Lind und Paul B. Rainey zeigt, dass Mutationen in der Promotorregion des rpoS-Gens mit einer erstaunlichen Rate auftreten – etwa 5000-mal höher als erwartet. Die Mutation wurde in zahlreichen unabhängigen Bakterienpopulationen beobachtet und trat in 137 von 153 Replikaten vorhersehbar auf.
Genregulation und Mutationsrate
Diese Mutation steht in direktem Zusammenhang mit der Transkriptionsaktivität: Je mehr ein Promotor aktiv ist, desto häufiger treten Mutationen in diesem Promotor auf. In Experimenten, in denen die Transkriptionsaktivierung blockiert wurde, sank die Mutationsrate um fast das 60-fache, was einen klaren kausalen Zusammenhang zwischen Genexpression und Mutagenese belegt.
„Unsere Ergebnisse zeigen eine unerwartete Verbindung zwischen Genregulation und Mutationsrate und legen nahe, dass bestimmte genomische Regionen anfälliger für mutationale Veränderungen sein könnten“, sagte Andrew Farr, Hauptautor der Studie. „Dies könnte wichtige Auswirkungen auf das Verständnis der bakteriellen Anpassung und der Evolution der Antibiotikaresistenz haben. Wir untersuchen derzeit die genauen molekularen Wechselwirkungen, die diese hohen Mutationsraten verursachen, und entwickeln Prinzipien zur Vorhersage, wo solche Mutationshotspots auftreten könnten.“
Evolution und Antibiotikaresistenz
Mutationen sind grundlegend für evolutionäre Veränderungen und treiben die Entstehung neuer Merkmale, Arten und in manchen Fällen die Resistenz gegen Antibiotika voran. Diese Studie liefert starke Hinweise darauf, dass Transkriptionsaktivierung lokal die Mutationsraten erhöhen kann, was möglicherweise die Evolution bakterieller Genome und die Entwicklung von Antibiotikaresistenzen beeinflusst.
Durch die Aufdeckung eines Mechanismus, bei dem die Genaktivität selbst die Mutationsraten beeinflusst, stellt diese Forschung traditionelle Vorstellungen zur Mutagenese infrage und eröffnet neue Wege für das Studium der Genom-Evolution bei Bakterien und darüber hinaus.
Ein besseres Verständnis der molekularen Grundlagen dieser Hotspots könnte helfen, vorherzusagen, wo und wie Mutationen in anderen Mikroorganismen auftreten könnten, und neue Strategien zur Eindämmung bakterieller Anpassung an Umweltbedingungen, einschließlich Antibiotika, aufzeigen.
Quelle: Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie
Originalpublikation: Andrew D. Farr et al.; An extreme mutational hotspot in nlpD depends on transcriptional induction of rpoS; PLOS Genetics, Januar 2025, DOI: 10.1371/journal.pgen.1011572
