Viren, die gezielt Bakterien angreifen und abtöten – auch als Bakteriophagen oder kurz Phagen bekannt – infizieren Bakterien, lassen jedoch menschliche Zellen unberührt.

Das Problem ist, dass Bakterien Abwehrmechanismen gegen Phagen entwickeln können, genauso wie sie Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln.

Die neue Forschung legt nahe, dass Phagen eigene evolutionäre Gegenmaßnahmen besitzen.

Laut der Studie, die am Donnerstag in Nature Microbiology veröffentlicht wurde, können einige der im menschlichen Darm lebenden Viren schnell genetische Variationen unter ihren Nachkommen erzeugen, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass zumindest einige überleben, wenn Bakterien zurückschlagen.

Die Erkenntnis könnte einen neuen Weg bei der Suche nach Alternativen zu Antibiotika eröffnen, da medikamentenresistente Infektionen immer schwerer zu behandeln sind.

Forscher der Michigan State University haben bislang unterschätzte Regionen in Bakteriophagen-Genomen identifiziert, die als genetische „Hotspots“ fungieren und den Viren ermöglichen, Schlüsselgene bei jeder Replikation wiederholt zu verändern.

Das deutet darauf hin, dass diese Regionen den Phagen helfen, ihre evolutionären Wetten gegen bakterielle Abwehrmechanismen abzusichern. Anstatt eine Population genetisch identischer Viren zu produzieren, erzeugen sie eine vielfältige Sammlung von Nachkommen mit unterschiedlichen Eigenschaften – was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass einige weiterhin ihre bakteriellen Wirte infizieren und abtöten können.

„Das verändert unser Verständnis davon, wie Phagen evolvieren,“ sagte sagte Mitautor Chris Waters, ein Dozent im Programm für Ökologie, Evolution und Verhalten der Michigan State University. „Anstatt ihre Wirte zu kapern, um massenhaft exakte Kopien von sich selbst zu produzieren, nutzen sie tatsächlich diese Mutations‑Hotspots, um einen Zoo zu schaffen,“ sagte er und fügte hinzu, dass Phagen „im Grunde ihre Wetten absichern“.

Ein genetischer Fluchtweg

Die Forscher untersuchten das Bakteriophagen T2, das E. coli infiziert, nachdem sie ein bakterielles Abwehrsystem analysiert hatten, das eindringende Phagen‑DNA erkennen und zerstören kann.

Das Team übertrug das Abwehrsystem in E. coli im Labor und setzte die Bakterien Phagen aus.

Der Schutz hielt nicht an.

Innerhalb weniger Stunden begannen die Phagen, die bakteriellen Abwehrmechanismen zu überwinden.

„Innerhalb weniger Stunden begannen die Phagen immer zu gewinnen,“ sagte Waters. „Wir konnten nicht verstehen, warum,“ fügte er hinzu.

Als die Forscher die resistenten Viren sequenzierten, fanden sie wiederholte Mutationen in einem Gen namens agt, insbesondere in einem Abschnitt repetitiver DNA. „Als ich die Daten sah, dachte ich, oh mein Gott,“ sagte Waters.

Diese Sequenz stellte sich als das heraus, was Wissenschaftler ein Kontingenzlocus nennen – ein hochmutabler Bereich, in dem die DNA‑Kopiermaschinerie beim Replizieren repetitiver Sequenzen ausrutschen kann.

Das Ergebnis ist eine reversible Frameshift‑Mutation, die die Lesart der Genanweisungen verändern kann.

Einige Phagen erhalten ein zusätzliches Wiederholungssegment; andere verlieren eines. Das Ergebnis ist eine Population mit unterschiedlichen Virusvarianten, die potenziell unterschiedliche Fähigkeiten besitzen, bakterielle Abwehrmechanismen zu umgehen.

Die Forscher stellten fest, dass sich diese repetitiven Regionen tausendfach schneller als der Rest des Phagen‑Genoms mit Mutationen anreichern.

Und der Mechanismus ist nicht auf ein einzelnes Virus beschränkt.

Durch experimentelle Evolution und Genomsequenzierung fanden die Forscher ähnliche Kontingenzloci im E. coli‑Phage T4. Sie stellten außerdem fest, dass einfache Sequenzwiederholungen in vielen verschiedenen E. coli‑Phagen verbreitet sind, wobei ihre Häufigkeit zwischen Genen mit unterschiedlichen Funktionen variiert.

• Wissenschaftler entwickeln die ersten KI‑designten Viren, um medikamentenresistente Superbugs zu bekämpfen

Könnte das bei der Behandlung von Superbugs helfen?

Die Forschung erscheint, während Wissenschaftler und Entscheidungsträger nach Alternativen zu Antibiotika suchen.

Phagentherapie ist nicht neu. Phagen wurden bereits in den 1920er‑Jahren therapeutisch eingesetzt, um bakterielle Infektionen zu behandeln, doch das Interesse an diesem Ansatz ließ nach, als Antibiotika wie Penicillin breit verfügbar wurden.

Jetzt hat der Anstieg der antimikrobiellen Resistenz das Interesse wiederbelebt.

Der Reiz liegt teilweise in der Spezifität. Während viele Antibiotika nützliche Bakterien zusammen mit dem Zielpathogen abtöten können, können einzelne Phagen hochselektiv für bestimmte bakterielle Arten oder Stämme sein.

Doch diese Spezifität ist auch eine Schwäche: Bakterien können Resistenzen gegen einen Phagen entwickeln, was eine Behandlung potenziell unwirksam machen kann.

Die Ergebnisse von Michigan State eröffnen die Möglichkeit, dass Wissenschaftler künftig die eigenen evolutionären Strategien der Viren nutzen könnten, um Phagentherapien widerstandsfähiger zu machen.

„Wenn wir diese Art von evolutionären Tricks nutzen können, könnten wir effektivere Phagentherapien als Antwort auf die Antibiotika‑Resistenzkrise entwickeln“, sagte Waters.

„Wir werden niemals in der Lage sein, Resistenzen vollständig zu beseitigen“, fügte er hinzu. „Aber wenn wir besser verstehen, wie Bakterien sich vor Phageninfektionen schützen und wie Phagen zurückschlagen, könnten wir sie minimieren.“