Auf frischer Tat ertappt: Ein Gen springt ins Leere

04.06.2026

Gene werden nicht ausschließlich von Eltern an ihre Nachkommen weitergegeben. Manche sind mobil und können auch in andere Arten springen, zeigen nun Forschende am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen. Die direkte Beobachtung eines springenden Gens liefert erstmals einen Nachweis, dass solche Gene von einer Art auf eine andere übergehen können – vom Räuber zur Beute.

Springende Gene beschleunigen die Evolution

Springende Gene sind Parasiten im Erbgut von Bakterien, Pflanzen, Tieren und Menschen. Sie werden aus der Ribonukleinsäure (RNA) als kleine RNA in der Zelle freigesetzt und haben komplexe Mechanismen, um sich in der Zelle an anderer Stelle des Erbguts einzufügen, womit sie der Zelle oft neue Eigenschaften vermitteln und somit die Evolution beschleunigen. Es gibt auch springende Gene, die sich selber aus der RNA befreien mittels eines RNA-Enzyms. Diese Ribozyme oder selbstspleißende Introns sind eine spezielle Gruppe von springenden Genen.

Schwieriger ist der Sprung in eine andere Zelle oder andere Art. Stammbaumanalysen von Genen belegen, dass solche Sprünge stattgefunden haben. Bislang hatte man angenommen, das dafür die springenden Gene als „Anhalter“ in den Genomen von Plasmiden oder Viren mitreisen. Jetzt haben Jens Harder und seine Mitarbeiterinnen eine überraschende Beobachtung gemacht.

Eine anaerobe Lebensgemeinschaft auf Orangenduft

Eine langsam wachsende, Methan(Biogas)-produzierende Anreicherung von Bakterien und Archaeen hatte eine ungewöhnliche Lebensgemeinschaft: am häufigsten war ein sehr kleines räuberisches Bakterium. Candidatus Velamenicoccus archaeovorus ernährt sich von den Mikroorganismen, die Limonen, den Duft der Orangen, zu Methan und Kohlendioxid abbauen. Einzelne Zellen in den Filamenten von Methanothrix soehngenii, dem bedeutendsten Methanproduzenten auf der Erde, waren tot.

Kann die Todesursache Ca. Velamenicoccus archaeovorus sein? Dazu müsste man Moleküle von Ca. Velamenicoccus archaeovorus in den toten Zellen nachweisen können.

Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme der RNA eines springenden Gens (türkis) innerhalb von Zellen von Methanothrix soehngenii (violett). Die RNA stammt von dem räuberischen Bakterium Candidatus Velamenicoccus archaeovorus und zeigt, das Introns zwischen verschiedenen Mikroorganismen in der Form von RNA übertragen werden können. (© Jens Harder / Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)

Auf der Suche nach Intron-RNA

Jens Harder entdeckte bei der Analyse des Erbguts von Ca. Velamenicoccus archaeovorus ein springendes Gen, ein Intron. Obwohl und weil noch nie eine Intron-RNA außerhalb einer Zelle beobachtet wurde, entschied sich Jens Harder, das Intron in den Opfern von Ca. Velamenicoccus archaeovorus zu suchen.

Das Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie hat geeignete Verfahren entwickelt, die wenige Moleküle von RNA in Bakterienzellen nachweisen können. Nach der Entwicklung von spezifischen Nukleinsäuresonden zeigten mikroskopische Aufnahmen die Anwesenheit der Intron-RNA in lebenden Zellen von Ca. Velamenicoccus archaeovorus und in toten Zellen von Methanothrix soehngenii.

Auf frischer Tat ertappt? Ja, beim Versuch des Introns, sich zu vermehren. Doch der Träger des Introns, Velamenicoccus archaeovorus, hatte den neuen Wirt bereits getötet. So blieb es beim Versuch, einem Sprung in eine leere Zelle.

Stabile RNA

Ribonukleinsäuren sind die Boten in lebenden Zellen.Sie sind lange Kettenmoleküle, die die Baupläne für die Zelle vom Erbgut zu den Proteinfabriken bringen und dann sehr schnell vom Ende her abgebaut werden. Tote Zellen haben normalerweise keine Ribonukleinsäuren.

Das Überleben der Intron-RNA in den Zellen ist aber nicht überraschend, da das Intron eine zirkuläre RNA ohne offenes Ende bildet, die resistent gegenüber den Abbauenzymen ist. „Die Stabilität der Intron-RNA in ihrer Ringform ist eine Besonderheit. Im Menschen beeinflussen zirkuläre RNA-Moleküle viele Stoffwechselprozesse und ihre Beteiligung an der Entstehung von Tumoren wird zur Zeit intensiv erforscht. Auch die Anwendung in RNA-Impfstoffen, z.B. gegen den Covid-Virus und bestimmte Krebsformen, ist auf den Weg. Unsere Studie hat gezeigt, das in Mikroorganismen springende Gene durch ihre zirkuläre RNA in andere Arten gelangen können“, sagt Jens Harder.