Neue wissenschaftliche Erkenntnisse, die im Jahr 2025 in der Fachzeitschrift Cell Host & Microbe veröffentlicht wurden, beleuchten, wie Bakterien eine Verteidigungsstrategie entwickeln, die erstaunliche Parallelen zu den Prinzipien einer Impfung aufweist. Dieses angeborene System fungiert als Immunität und ermöglicht es den Mikroorganismen, virale Angriffe bei erneutem Kontakt sofort zu erkennen und zu neutralisieren.
Nach der Konfrontation mit einem Virus setzt die Bakterienzelle ein spezifisches Enzym ein, um winzige Fragmente der viralen DNA, sogenannte Spacer, in ihre eigene Erbstruktur einzubauen. Auf diese Weise wird ein Archiv angelegt, das der zukünftigen Identifizierung und Abwehr dient. Dieser Vorgang stellt im Grunde eine Aufzeichnung vergangener Erfahrungen dar, um das Überleben in der Zukunft zu sichern.
Interessanterweise nutzen Wissenschaftler dieses Phänomen schon lange intensiv. Es bildet die Grundlage der bekannten CRISPR-Technologie. Erst die jüngsten Forschungen enthüllten jedoch seine primäre natürliche Funktion in der Zelle: die Fähigkeit, den eigenen Genomapparat schnell und gezielt zu modifizieren.
Die CRISPR-Technologie verwendet dieses Enzym als eine Art „Genschere“ für die Manipulation von DNA in einer Vielzahl von Anwendungen, von Laborexperimenten bis hin zu fortschrittlichen Gentherapien. Der genaue Mechanismus, wie dieser Prozess innerhalb der Bakterien selbst abläuft, blieb jedoch bis zu den aktuellen Untersuchungen lange Zeit im Verborgenen.
Das Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen Bakteriophagen – den Viren, die Bakterien befallen – und ihren Wirten ist von entscheidender Bedeutung für die Weiterentwicklung der Phagentherapien. Die Phagentherapie ist ein Ansatz, bei dem Viren zur Bekämpfung bakterieller Infektionen eingesetzt werden, die gegen Antibiotika resistent sind. Der Molekularbiologe Rodolphe Barrangou betonte, dass diese neuen Erkenntnisse dazu beitragen könnten, Phagen zu entwickeln, die gegen ein breiteres Spektrum pathogener Bakterien wirksam sind.
Bakterien verfügen über ein beeindruckendes Arsenal von mehr als 150 verschiedenen Abwehrmechanismen gegen Phagen, die therapeutische Wirkstoffe geschickt umgehen müssen. Dieses tiefere Verständnis sollte eine breitere Perspektive für die Anwendung phagenbasierter Methoden zur Behandlung verschiedener Infektionskrankheiten eröffnen. Die Forschungsergebnisse zeigen neue Wege auf, um Medikamente auf Phagenbasis zu entwickeln, welche die internen Schutzressourcen der Bakterien gezielt nutzen.
Wenn wir entschlüsseln, wie Bakterien virale DNA-Fragmente archivieren, können Forscher Phagen konstruieren, die pathogene Bakterien gezielt eliminieren können. Dies bietet eine vielversprechende Strategie im Kampf gegen die zunehmende Antibiotikaresistenz.
In diesem unaufhörlichen evolutionären Wettlauf haben auch die Viren Gegenmaßnahmen entwickelt. Es wurde festgestellt, dass bestimmte Bakteriophagen, wie beispielsweise ICP1, in der Lage sind, den gesamten Gensatz des CRISPR/Cas-Systems zu „kapern“. Dadurch stiften sie völliges Chaos in den Abwehrsystemen der Bakterien und nehmen ihnen die Fähigkeit, Infektionen effektiv abzuwehren.
Darüber hinaus ist das CRISPR-Cas-System, obwohl es die Grundlage der adaptiven Immunität von Prokaryoten bildet, auch an Prozessen beteiligt, die nicht direkt mit der Abwehr zusammenhängen, wie etwa der Regulierung der Genexpression und der DNA-Reparatur. Dieses Wissen über die innere Architektur der mikrobiellen Immunität ermöglicht es, bewusster nachhaltigere und harmonischere Lösungen für die allgemeine Gesundheit zu gestalten.