Bioessays: Vom egoistischen Gen zum egoistischen Stoffwechsel

Überdenken des Zentralen Dogmas

  • Abb. 1: Die zunehmende Ausbreitung des Zentralen Dogmas (ZD).Abb. 1: Die zunehmende Ausbreitung des Zentralen Dogmas (ZD).
  • Abb. 1: Die zunehmende Ausbreitung des Zentralen Dogmas (ZD).
  • Abb. 2: A: Reaktion, katalysiert durch die 2,4-Dinitrotoluol-Dioxygenase (DntA) von Burkholderia sp. Dieses Enzym scheint seinen Ursprung in einer Vorläufer-Naphthalen-Dioxygenase zu haben, die sich die (teilweise) Fähigkeit angeeignet hat, DNT als Substrat zu verwenden. B: Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) infolge fehlerhafter Oxydation von DNT am Nicht-Häm Rieske Aktivzentrum der DntA. C: Der Kreislauf zur Entstehung von Neuartigkeit. Die Abbildung stellt den Prozess dar, durch den ein Stamm, der in der Lage ist, die Verbindung A abzubauen, schließlich die Verbindung B abbaut. Die durch fehlerhafte Dioxygenierung erzeugten ROS bringen die Population an den Rand des Zusammenbruchs, verursachen aber gleichzeitig eine genetische Diversifizierung dieser Population und fördern so die Erkundung des Lösungsraums. Die Individuen, die diesen Prozess überleben (wenn überhaupt), haben dadurch eventuell einen neuen Vitalitätshöhepunkt errungen. Perez-Pantoja et al. [89] haben bislang argumentiert, dass dies ein Antifragilitätskreislauf sei, so lange das System letztendlich von Schocks profitiert.
  • Abb. 3: Eine Rückkopplungsschleife Stoffwechsel →DNA im ZD. Die Abbildung stellt die Hauptthesen dieses Artikels dar. Metabolische Probleme (z. B. fehlerhafte Oxydation von Nicht- Substraten oder schlechte Oxygenasesubstrate) verursachen ROS, was zu einer DNA-Mutation führt (und die RNA schädigt), die SOS-Reaktion auslöst und genetische Vielfalt mit sich bringt, die eine Lösung für das Stoffwechselproblem, das für die Freisetzung des mutagenen Agenten verantwortlich ist, finden kann. Während die ROS -DNA-Schleife keinen Transfer von kodierter Information beinhaltet, liefert sie nichtsdestotrotz einen Beitrag zur beschleunigten Produktion von Neuartigkeit.

Bioessays veröffentlichte einen Artikel in welchem das Zentrale Dogma (ZD) der Molekularbiologie von Victor de Lorenzo hinterfragt wurde:
Das Zentrale Dogma (ZD) der Molekularbiologie ignoriert in auffälliger Weise den Stoffwechsel. Allerdings sind sowohl Stoffwechselprodukte als auch die jedem biologischen Phänomen zugrundeliegenden biochemischen Stoffflüsse in der DNA-Sequenz verschlüsselt. Der Stoffwechsel verändert den Informationsfluss sogar, wenn die DNA-kodierten Anweisungen mit der Homöostase des biochemischen Netzwerks in Konflikt gerät.

Die Untersuchung über das Entstehen biologischer Abbauwege von xenobiotischer Verbindungen bei Umweltbakterien deuten darauf hin, dass der wesentliche evolutionäre Antrieb eher in der Ausweitung von metabolischen Netzwerken hin zu neuen chemischen Syntheseund Abbauwegen besteht als in der Aufrechterhaltung und Verbreitung von DNA-Sequenzen. Fehlerhafte enzymatische Reaktionen bei der Verstoffwechselung von suboptimalen Substraten produzieren häufig reaktive Sauerstoffarten (reactive oxygen species, ROS), ein Prozess, der die DNA-Diversifizierung fördert und den Katabolismus von neuen chemischen Substanzen an das Wachstum koppelt. All dies verlangt nach einer Revidierung des ZD, in der der Stoffwechsel (und weniger die DNA) die Hauptrolle spielt.

Wie passen sich biologische Systeme an sich verändernde Umgebungen an und wie entwickeln sie sich weiter, um in neuen physikalisch-chemischen Nischen/ Ernährungsnischen zu gedeihen? Die Lehrbuchantwort auf diese Frage ist eine Kombination aus klassischer Darwin‘scher Theorie und moderner Molekularbiologie [1]: die DNA mutiert zufallsbedingt, um phänotypische Veränderungen des biologischen Objekts (von Proteinen bis zu ganzen Organismen) hervorzubringen, das so den Lösungsraum durchsucht, bis eine Variante einen Wettbewerbsvorteil erringt, die es ihr ermöglicht, sich effizienter zu reproduzieren und dadurch eine neue „Hochform“ zu erreichen [2]. Der implizite Rahmen des Prozesses ist im sogenannten Zentralen Dogma (ZD) der Molekularbiologie (Abb.

1A) kurz dargestellt. Der Lehrsatz „DNA macht RNA macht Protein“ [3, 4] erklärt den Informationsfluss in jedem biologischen System. Es ist zu beachten, dass der Begriff „Information“ auf biologische Systeme angewendet, häufig locker definiert ist, da er sich entweder auf die in einer Sequenz verschlüsselte Information bezieht oder auf die durch einen gegebenen Kontext getragene Information, z. B. kompositorische oder architektonische Information (Ansichten pro und kontra siehe [5-8]). In jedem Fall wird die Diversifizierung der DNA oben im Schema als Schlüsselereignis für die Implementierung eines evolutionären lösungssuchenden Antriebs angesehen, eine Aufgabe, die größtenteils durch die Downstream-Proteine erledigt wird. Ob man nun die allgemeinere oder die spezielle Version (d.h. unter Berücksichtigung der RNA-Selbstreplikation und Retrotranskription zurück zur DNA) betrachtet, basiert das ZD auf zwei Hauptsäulen: (i) darauf, dass die DNA und die RNA die einzigen Träger und Übermittler von Rest-zu-Rest-Informationen (Nukleinsäureposition für Nukleinsäureposition, als Teil eines dreistelligen Codons) zu Proteinen sind und (ii) dass solche Informationen im Wesentlichen unidirektional sind, mit der gelegentlichen Ausnahme des Rückkopierens von RNA zu DNA, die an sich keinen Informationstransfer von Proteinen zurück zu Nukleinsäuren vorsieht. Dieser Stand der Dinge setzt die DNA an die Spitze der Hierarchie von Akteuren, die das Funktionieren von lebenden Systemen bestimmen und ihre Anpassung an neue Nischen inszenieren. Eine weitere Überprüfung des ZD vor dem Hintergrund neuerer Ergebnisse über die Art und Weise, in der Pathogene mit ihren Wirten interagieren und Umweltbakterien xenobiotische chemische Verbindungen abbauen, zeigen jedoch einige Ungereimtheiten im Schema von Abb. 1A auf, die eine nähere Betrachtung wert sind.

Das kanonische ZD ignoriert den Stoffwechsel
Der Informationsfluss des kanonischen ZD endet überraschenderweise bei den Proteinen. Aber ist das tatsächlich das Ende des Flusses? Gibt es unterhalb der Proteine nichts mehr? Wo bleibt der Stoffwechsel? Es ist überraschend, dass ein so auffälliges Fehlen so lange im Grunde übersehen wurde. Viele Proteine sind Enzyme, die chemische Stoffe in Nährstoffe verwandeln und diese in alle Arten von Bausteinen für lebende Systeme verstoffwechseln. Die genetisch verwandten katalytischen Eigenschaften der Proteine sind sicherlich in ihrer primären Aminosäuresequenz verschlüsselt, die wiederum in der DNA codiert ist. Aber der Rest-zu-Rest-Transfer von Informationen trifft in diesem Fall nicht zu, da man die chemischen Strukturen von Stoffwechselprodukten oder ihren Flüssen nicht direkt aufgrund der beteiligten Gene vorhersagen kann. Stoffwechselprodukte, biochemische Reaktionen und daraus resultierende Flüsse sind jedoch tatsächlich in der DNA-Sequenz kodiert, wenn auch auf kompliziertere Art und Weise. Durch die rechnergestützte Dekonvolution solcher Informationen konnten beispielsweise Stoffwechselmodelle anhand von genomischen Sequenzen als einzige Informationsquelle entwickelt werden [9-12]. Auf dieser Grundlage umfasst eine notwendige Modifizierung des ZD zumindest die ausdrückliche Hinzufügung einer zusätzlichen Ebene des Informationstransfers: Protein→Stoffwechsel (Abb. 1B).

Eine separate Fragestellung betrachtet die Konnektivität des ZD-Flussdiagramms mit der Umwelt. Das bloße Schema von Abb. 1A würde nahelegen, dass DNA, RNA und Proteine eigendynamische Objekte ohne Verbindung zu ihrer Umgebung sind. Hier kommt der Stoffwechsel erneut ins Spiel: Er liefert nicht nur die Bausteine für die anderen Bestandteile des ZD, sondern wird auch zur Grenze zwischen den biologischen und nicht-biologischen Reichen. Das sollte auch durch eine optimierte Darstellung des Dogmas klar werden: der Ablauf des Informationsflusses ist abhängig von der Verfügbarkeit geeigneter metabolischer Ausgangsstoffe, Cofaktoren und Signale für die Synthese der kanonischen, Information tragenden Polymere. Der Schritt von DNA zu RNA (Transkription) wird vom archetypischen metabolischen „Alarmon” ppGpp (einem intrazellulären Signalmolekül, das als Reaktion auf harte Umweltbedingungen produziert wird) kontrolliert [13] und durch relativ unauffällige Moleküle wie zum Beispiel Ketoglutarat stark beeinflusst [14]. Mit Hungern assoziierter Stress verursacht bekanntlich Fehler in der DNA [15, 16] und verändert die Translation, abgesehen davon, dass er zu oxidativem Stress aufgrund von mangelnder NADPH-Produktion durch Glucose-6-P-Dehydrogenase und andere Enzyme des Pentose- Zyklus führt [17]. Sogar die eher unerklärliche Verteilung des GC-Gehalts in bakteriellem Genom kann zu dem metabolischen Engpass zurückverfolgt werden, der die Transition G/C → A/T bewirkt [18]. Und so setzen sich die Beispiele fort. Ein drittes Problem des offiziellen ZD ist die explizite Hierarchie der Akteure: Die DNA gibt der RNA Anweisungen, die den Proteinen Anweisungen geben, die (zumindest in der erweiterten Darstellung der Abb. 1B) den Stoffwechsel regeln. Eine der extremen Interpretationen, die sich vom ZD als Befehlskette herleitet, ist die Metapher des „egoistischen Gens“. Das Konzept, von Richard Dawkins in seinem berühmten Buch von 1976 ausgearbeitet, wurde passenderweise erstmals zu Beginn der Ära der rekombinanten DNA veröffentlicht [19]. Die zentrale Behauptung dort lautet, dass die alleinige Agenda der Gene (insbesondere der DNASequenzen) darin besteht, sich ihrem einzigen evolutionären Interesse zu widmen: kontinuierlich repliziert zu werden, und zwar nicht notwendigerweise zum Nutzen des Organismus, in dem sie sich befinden. Das bedeutet, dass der Körper jedes Organismus lediglich die Überlebens- und Verbreitungsmaschinerie für die in ihm enthaltenen Gene ist. Zugegebenermaßen würde eine Überprüfung vieler DNASegmente, insbesondere derjenigen, die mobile Elemente kodieren (Insertionssequenzen (IS-Element), Transposons, Plasmide usw.), nahelegen, dass ihr einziges biologisches Programm die eigene Verbreitung ist [20]. Normalerweise kodieren IS-Elemente ein Enzym, dessen einzige bekannte Funktion darin besteht, die eigene DNA-Sequenz dazu zu bewegen, zwischen verschiedenen Orten im Genom hin- und herzuspringen [21]. Eine Untersuchung des Umwelt-„Mobiloms“ offenbarte ebenfalls ein gehäuftes Auftreten von Plasmiden, bestehend aus einer ringförmigen DNA-Sequenz, die nur ein Replikationsprotein und einen Replikationsursprung für die entsprechenden Sequenzen kodiert [22, 23]. Inteine sind ein Fall von extremem und raffiniertem Egoismus der DNA: intein-vermitteltes Protein-Splicing tritt auf, nachdem die Intein-kodierende Sequenz in die mRNA transkribiert und dann in ein Polypeptid translatiert wurde. Dadurch wird eine Gegenselektion aufgrund eines Proteinfunktionsverlustes vermieden [24]. Evolutionsbiologen machen einen feinen Unterschied zwischen „egoistischen genetischen Elementen“ und „parasitären genetischen Elementen“, je nachdem, ob sie mehr oder weniger zur Vitalität des Wirtsorganismus beitragen. Die eigentliche Rolle solcher springender Gene ist faszinierend, da Einiges nahelegt, dass sie über ein offensichtliches Eigeninteresse hinausgehen und schließlich für die Population vorteilhaft werden [25]. Aber kann man es als erwiesen annehmen, dass jede DNA (in unterschiedlichem Ausmaß) „egoistisch“ ist, nur weil einige Sequenzen danach aussehen?

Der Einfluss, den Dawkins Metapher auf die nachfolgenden Generationen von Biowissenschaftlern hatte, ist nicht zu unterschätzen, da er den Beginn dessen markierte, was man die DNA-zentristische oder Gen-fokussierte Epoche der Molekularbiologie nennen könnte, ganz zu schweigen von gleichermaßen Genorientierten Ansichten über die Evolution, die uns bis zum heutigen Tage beeinflussen. Und das hat nicht nur einen akademischen Aspekt: das „die DNA-ist- König“-Paradigma hat direkte Folgen für die Biotechnologie: kontrolliere die DNA, und Du dominierst das biologische System, das sie kodiert. Der Gewinn einer solchen Auffassung ist offensichtlich. Um nur einige Beispiele zu nennen: das Bewegen von Genen mit den Instrumenten der Gentechnik (und in jüngerer Zeit mit direkter DNA-Synthese) hat es ermöglicht, dass Escherichia coli Ausgangssubstanzen für Malariamedikamente [26] und sogar Benzin produziert [27], dass Hefe Insulin herstellt [28], Pflanzen Plastik [29] und Kühe Therapeutika erzeugen [30]. Aber die im ZD implizierte Allegorie „die DNA regiert“ hat Auswirkungen auf andere Forschungsbemühungen, die nicht so vielversprechend waren und tatsächlich die Lehre als Ganzes herausfordern.

(Um-)Programmierung biologischer Systeme
Beispielsweise bei der Stoffwechselmanipulation von Umweltbakterien für die mikrobiologische Behandlung xenobiotischer Schadstoffe, die von der Chemieindustrie ausgestoßen werden [31]. Der Mitte der 80er Jahre herrschende Zeitgeist, auf dem Höhepunkt des Ruhms der rekombinanten DNA, besagte, dass man Gene aus verschiedenen Quellen sammeln (egal ob natürlich vorkommend oder künstlich optimiert, z. B. hinsichtlich der Substrat-Spezifität), sie auf vernünftige Art und Weise für einen bestimmten biotechnischen Zweck zusammenfügen und sie in einen heterologen Wirt exprimieren könne, und viele Probleme der Menschheit wären damit gelöst [33]! Aber die nachfolgenden Forschungen führten bald zu Ernüchterung. Die Gentechnologie Ende der 80er bis Anfang der 2000er Jahre produzierte in der Tat eine Reihe von Bakterienstämmen mit verbesserten biologischen Abbaufähigkeiten. Aber die rekombinanten Stämme behielten ihre unnatürlichen Phänotypen nur unter den streng kontrollierten selektiven Laborbedingungen [34]. Die Entlassung solcher gentechnisch veränderter Mikroorganismen (GVM) in reale metabolische Nischen, über die der Anwender keine oder geringe Kontrolle hatte, endeten typischerweise mit dem Verlust der eingebrachten Phänotypen und der Übernahme durch „ortsansässige“ Bakterien. In der Literatur wird über sehr wenige Fälle berichtet, in denen GVM sich als bessere mikrobiologische Abbauagenzien erwiesen als die natürlich vorkommenden Mikroben. Das Problem beruhte nicht auf einem Mangel an genetischen Werkzeugen, denn eine große Anzahl Genom-editierender Strategien erlaubt die Insertion heterologer Gene in das Chromosom bakterieller Wirte mit einem Maß an Stabilität, das praktisch mit der Stabilität ihrer natürlichen Entsprechungen identisch ist [35, 36]. Etwas Ähnliches passiert mit den rekombinanten Stämmen, die für eine Ganzzell-Katalyse in einem Bioreaktor entwickelt wurden. Selbst wenn die rekombinanten Stämme einem starken selektiven Druck ausgesetzt sind (z. B. dem Medium zugesetzte Antibiotika), um die gewünschten Gene beizubehalten und zu exprimieren, lässt die Aktivität im Laufe der Zeit normalerweise mit einer Art „katalytischer Müdigkeit” nach, ein Phänomen, das Biotechnologen in der Industrie wohl bekannt ist [37].

In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler der synthetischen Biologie eine große Anzahl genetischer Schaltkreise geschaffen, in denen Transkriptionsfaktoren und Promotoren nach einer vom Menschen geschaffenen Vorlage zur Programmierung neuer Eigenschaften wieder verbunden werden, z. B. Oszillatoren, Kippschalter, Lichtsensoren und viele andere [38]. Aber es ist wiederum inzwischen allgemein bekannt, dass solche Geräte eine bestimmte Zeit lang funktionieren und danach häufig nicht standhalten. Ein bemerkenswerter Fall ist der des Genoms des Phagen T7, das vollständig umgestaltet wurde, um es in einer geordneten und standardisierten Art und Weise für Forward Engineering empfänglich zu machen [40]. Das entstandene Virus konnte Zellen infizieren, aber während es Fortschritte dabei erzielte, das Vitalitätsniveau des Wildtyp-Phagen zu erlangen, machte seine nachfolgende Evolution in vivo ∼ 40 % der vom Menschen vorgenommenen Modifikationen rückgängig [41]. Demgegenüber sind natürlich vorkommende Regelkreise relativ robust und behalten ihre Leistung über Zeit und Raum hinweg bei.

Zusammengenommen lässt all das darauf schließen, dass die Veränderung der DNA nicht ausreicht, damit das gesamte biologische System den Befehlen, die von der Spitze des ZD kommen, ordnungsgemäß gehorcht. Stattdessen scheint es so zu sein, dass die Physiologie des Wirts ein Mitspracherecht dabei hat, ob die Anweisungen der DNA ausgeführt werden oder nicht. Dies zeigt sich noch deutlicher, wenn die DNA-kodierten Anordnungen darauf abzielen, das biochemische System von Zellen zu verändern. Einige Beispiele illustrieren diesen Umstand. Der Einbau von Phosphofructokinase von E. coli in Pseudomonas putida genügte nicht um im Wirt, der natürlicherweise Zucker über den Entner–Doudoroff- Weg konsumiert, ein Glykolysesystem zu installieren [42]. Versuche, den Biosynthesefluss des Pyrimidin-Wegs in E. coli genetisch zu verändern, konnten die durch den autochthon geregelten Überfluss-Stoffwechsel aufgebaute Homöostase nicht unterdrücken [43]. Systematische Studien der Stoffwechselsysteme großer Sammlungen von E. coli- Mutanten [44, 45] ergaben nur geringe Schwankungen des Gehalts an Stoffwechselprodukten, was auf eine Umleitung von Flüssen im Stoffwechselnetzwerk hinweist, das sonst eine große Zahl genetischer Veränderungen toleriert. Dies demonstriert die außerordentliche Robustheit der Zellbiochemie gegen Störungen seitens der DNA. Zumindest wird Deutlich, dass die Operativität der Informations-/ Kommando-Kette von der DNA zu den nachfolgenden Akteuren durch den Stoffwechsel eingeschränkt ist, bis hin zu dem Punkt, an dem die physiologischen Ungleichgewichte sie evtl. ganz durchbrechen (Abb. 1C).

ROS fügen eine Rückkopplungsschleife ins ZD ein
Der Prozess, in dem bestimmte Bakterien sich entwickeln, um eine neue xenobiotische Chemikalie abzubauen, ist nicht einfach. Die Entstehung eines neuen metabolischen Weges ist eine schrittweise und komplizierte Sache. Bereits vorhandene Enzyme müssen neue Substratspezifitäten erwerben, und die Form und die Kinetik der beteiligten Enzyme müssen zueinander passen, um eine „Flucht“ der Zwischenprodukte zu vermeiden [84, 92]. Außerdem muss der Fluss der gewonnenen Produkte auf das bestehende biochemische Netzwerk abgestimmt werden, um einen Wachstumsvorteil zu generieren, der seine Selektion ermöglicht. Dafür sind normalerweise mannigfaltige Veränderungen sowohl der betroffenen katabolischen Gene als auch der restlichen Zellphysiologie erforderlich. Schließlich erfolgt Evolution in konkurrenzgeprägten Umweltnischen, was bedeutet, dass sich der Organismus während der Zwischenschritte keinen großen Vitalitätsverlust leisten kann. Umweltbakterien, die teilweise 2,4-Dinitrotoluol (DNT) abbauen, wurden isoliert, was ein Experimentiersystem liefert, um den Übergang zwischen einem Vorläuferweg für den Abbaustoffwechsel von natürlich vorkommendem Naphthalinkohlenwasserstoff und dem neuen xenobiotischen Substrat DNT zu untersuchen [93, 94]. Neuere Daten über dieses System [89] haben einen faszinierenden Mechanismus offenbart, durch den das erste Enzym des Bioabbauwegs (eine Dioxygenase vom Rieske-Typ), welches auf das zukünftige Substrat (DNT) einwirkt, die Reaktion aufgrund geringer Spezifität abkoppeln und ein hohes Maß an endogenen reaktiven Sauerstoffspezies (reactive oxygen species, ROS) produzieren kann. Dies schädigt wiederum die DNA (und möglicherweise auch die DNA Reparaturproteine [95]), verstärkt die Mutagenese und fördert letztendlich die neuen Varianten des Stammes (Fig. 2). Das Stoffwechselproblem regt so die Erkundung des Lösungsraums an. Es ist plausibel, dass solch ein Evolutionsszenario weit verbreitet ist [96-99].

Einerseits ist es möglich, dass während der Akkumulation sowohl negativer Veränderungen (sicherlich der meisten) als auch günstiger (weniger) Modifikationen der Zellen die Vitalität der Abstammungslinien durch Überproduktion von Chaperonen abgepuffert wird. Dieser Umstand, der in E. coli beobachtet wurde, wenn sie einer künstlich erzeugten hohen Mutationsrate ausgesetzt wurden [102], kann in natürlicher Umgebung geschehen. Andererseits verändern ROS die Proteinstruktur (und dadurch die Enzymaktivitäten [95]) und können (unter anderem) auch eine Mistranslation aufgrund der Eingliederung von 8-oxo-Guanin in neu synthetisierte RNAs verursachen [103]. Das bedeutet, dass die biochemische Vielfalt von Zellen, die ROS ausgesetzt sind, tatsächlich größer sein kann als die ererbte genetische Vielfalt der Nachkommen. Dies eröffnet verblüffende evolutionäre Szenarien. Da Sauerstoff in der Biosphäre mehr als 1 Milliarde Jahre nach dem Entstehen der ersten Bakterien auftrat [104], ist es offensichtlich, dass Evolution aber auch in Abwesenheit von Sauerstoff abläuft.

Schlussfolgerung und Ausblick
Die Gen-zentrierte Sicht der Evolution kommt im Konzept vom „egoistischen Gen“ zum Ausdruck. Aber neue Daten aus der bakteriellen Pathogenese, dem biologischen Abbau und dem Ursprung des Lebens sowie neue Methoden zum Studium des Metaboloms und des Fluxoms zwingen uns, einige der impliziten Behauptungen zu relativieren. Erstens muss der Stoffwechsel in den Informationsfluss integriert werden. Zweitens hat das biochemische Netzwerk seinen eigenen autonomen Antrieb, der die Ausführung von Anweisungen der DNA mehr einschränkt als umgekehrt. Dies verlangt nach einer konzeptionellen Veränderung, in der der Stoffwechsel die Führungsposition in der Befehlskette inne hat [105], was sich von der gewohnten Richtung des Informationsflusses unterscheidet (z. B. Abb. 1A). Und drittens ist das ZD keine Einbahnstraße. Während die Informationsbeziehungen DNA → Stoffwechsel ziemlich strikt sind, hat die Rückkopplung Stoffwechsel → DNA eine andere Qualität, d. h. eine Art Mandat für die Erkundung des Lösungsraums, aber ohne die genaue Angabe eines Ergebnisses (Abb. 3). In der Realität sind alle DNA-Sequenzen spontanen Veränderungen unterworfen, die, falls ausreichend Zeit zur Verfügung steht, die Kodierungssequenz bestehender Enzyme dazu veranlassen können, die Substratspezifität zu ändern und einen Beitrag zum sogenannten paralogen Stoffwechsel zu leisten [106]. Metabolischer Stress im Allgemeinen und durch defekte biochemische Reaktionen verursachte ROS-vermittelte Mutagenese im Besonderen, scheinen so viel schneller eine umfangreichere Entstehung von Neuartigem zu ermöglichen. Dies verleiht dem bakteriellen Träger in den stark von Konkurrenz geprägten Umweltszenarien sicherlich einen Vorteil. Es ist einleuchtend, dass eine solche stressgetriebene metabolische Evolution neuer Eigenschaften für eine Unmenge schneller Anpassungsphänomene, die nicht durch die reine Gendrift der betroffenen DNA-Sequenzen erklärt werden können, verantwortlich ist [107, 108].

Danksagung
VdL ist D. Pérez-Pantoja, F. Rojo, P. Nikel, A. Danchin, J. Blazquez, E. Martínez, A. Goñi, D. Schneider, S. Molin und F. Baquero für sehr nützliche Kommentare zum Manuskript zu Dank verpflichtet. Die Arbeit im Labor des Autors wird durch großzügige Zuwendungen des Spanischen Ministeriums für Wissenschaft und Innovation (Consolider), durch Verträge des Rahmenprogramms der EU (Microme, ST-Flow), durch den Europäischen Forschungsrat (Arisys) und durch Mittel der Autonomen Gemeinschaft Madrid (Promt-Programm) unterstützt.

Vollständiger Artikel erstmals erschienen in Bioessays: Volume 36 (3), March 2014, pages 226–235; doi: 10.1002 / bies. 201300153

© 2014 WILEY Periodicals, Inc

Literatur zum Artikel: http://bit.ly/Bioessays

Download des engl. Originalartikel: http://bit.ly/BE-Artikel

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