Milliarden Jahre unerbittlicher Kriege

Im Laufe der Geschichte war die Menschheit Schauplatz unzähliger Kriege. Von der Antike bis in die Neuzeit gingen Millionen von Menschenleben im Namen von Ideologien verloren. Von der 781 Jahre dauernden Reconquista über den sechsjährigen Zweiten Weltkrieg, der über 70 Millionen Menschenleben forderte, bis hin zum Kalten Krieg und den heutigen Cyberkriegen – jeder von Menschen geführte Konflikt war von politischen, wirtschaftlichen oder kulturellen Interessen geprägt. Während all dies geschieht, tobt ein anderer Krieg, fernab der Öffentlichkeit, weiter – und zwar schon vor der Menschheitsgeschichte.

Dieser Krieg, der vor Milliarden von Jahren begann, bringt Viren und Bakterien gegeneinander auf. Während Viren versuchen, Bakterien zu besiegen und sich zu vermehren, bleiben Bakterien in der Defensive und versuchen, ihre Grenzen gegen die Viren zu verteidigen. Diese beiden mikroskopischen Kräfte, die ums Überleben und die Weitergabe ihrer Gene an die nächste Generation kämpfen, entwickeln biologische Waffen und clevere, natürliche Taktiken, um sich gegenseitig zu vernichten.

INFILTRATION IN DIE ZELLE

Viren, eine der beteiligten Parteien in diesem Krieg jenseits des Mikroskops, können ihr genetisches Material nicht replizieren, ohne eine lebende Zelle zu infiltrieren. Einmal infiltriert, kapern sie einige, manchmal sogar alle Systeme der Wirtszelle, kopieren deren genetisches Material und produzieren neue Viren, wodurch die Wirtszelle explodiert. Nach der Explosion werden frisch produzierte Viren freigesetzt, infizieren umliegende Zellen und übernehmen die bakterielle Umgebung. Bakterien hingegen reagieren auf all diese Schritte. Der erste Schritt besteht beispielsweise darin, das Eindringen des Virus zu verhindern. Außerhalb der Bakterienzelle befinden sich an der Zellwand befestigte Strukturen, die die Kommunikation mit anderen Bakterien und der Umwelt ermöglichen. Viren interagieren mit diesen Strukturen, um in die Zelle einzudringen. Um dies zu verhindern, entwickeln Bakterien Mutationen in diesen Strukturen, die die Kommunikation mit der Umwelt und anderen Bakterien nicht behindern, sondern die Virenbindung verhindern. Natürlich initiieren Bakterien diese Mutationen nicht bewusst. Wenn eine oder mehrere Bakterien in einer Population eine solche Mutation aufweisen, erlangen sie einen evolutionären Vorteil, da sie nicht mehr von Viren angegriffen werden können und ihre Anzahl zunimmt. Dadurch erhöht sich auch die Chance, dass die eigene Art weiterbesteht.

DNA-Grinder

In den meisten Fällen gelingt es Viren jedoch, Bakterien zu infiltrieren und ihr genetisches Material in der Zelle abzulegen. Dieses genetische Material enthält die notwendigen Informationen zur Produktion neuer Viren. Wird es nicht zerstört, stellt die gesamte Zelle schnell ihre Funktion ein und beginnt, diese Informationen zur Virenproduktion zu nutzen. CRISPR-Systeme, eine besondere Fähigkeit, die Bakterien im Laufe der Evolution erworben haben, kommen in diesem Stadium ins Spiel und bauen das virale genetische Material sofort ab.

CRISPR-Systeme sind Strukturen, die aus einer RNA, die an virale DNA bindet, und einem oder mehreren sie umgebenden Molekülen bestehen. Diese Information, die im Bakteriengenom als Entwurf vorliegt, beginnt unmittelbar nach der Freisetzung des genetischen Materials durch das Virus in die Zelle mit der Produktion. Die erzeugte Struktur erkennt die virale DNA mithilfe der die RNA umgebenden Moleküle, und die RNA bindet an das Zielmolekül. Bei erfolgreicher Bindung wird das Zielmolekül im letzten Schritt vollständig zerstört, wodurch eine mögliche Virusinvasion verhindert wird. Wir sagen „wenn“, weil Viren keine Birnen pflücken. So wie Bakterien Mutationen in Strukturen außerhalb der Zelle entwickeln, können auch Viren Mutationen in ihrem genetischen Material entwickeln, die CRISPR-Systemen entgehen können. Dank dieser Mutationen kann die aus RNA und anderen Molekülen bestehende Struktur die virale DNA nicht erkennen oder, falls doch, nicht erfolgreich an das Zielmolekül binden und es zerstören. So setzt das Virus seine Reise innerhalb der Zelle fort.

Altruistische Bakterien

Neben CRISPR-Systemen gibt es viele weitere Systeme, die virale DNA angreifen, zerstören oder die Bildung neuer Viren verhindern. Obwohl alle diese Systeme demselben Zweck dienen, entwickeln Viren, die Bakterien infizieren, auch Methoden, diese Systeme zu umgehen. Wenn all diese Abwehrmechanismen versagen, bleibt Bakterien nur noch eine Möglichkeit: ihre Stoffwechselaktivität vorübergehend oder dauerhaft einzustellen.

Wie bereits erwähnt, benötigen Viren lebende Zellen zur Weitergabe ihres genetischen Erbes, da sie keinen eigenen Stoffwechsel haben. Daher ist es kein Problem, wenn ein von einem Virus befallenes Bakterium seinen Stoffwechsel so schnell wie möglich einstellt. Manche Bakterien tun dies vorübergehend, während andere vollständig verschwinden. Der Hauptzweck besteht darin, zu verhindern, dass andere Bakterien in ihrer Umgebung von den Viren infiziert werden. Viren bestehen, wie alle Zellen, aus verschiedenen Strukturen. Diese Strukturen werden mithilfe des Stoffwechsels der Wirtszelle einzeln produziert und dann innerhalb der Zelle zu neuen Viren kombiniert. Bei der Produktion dieser Strukturen werden bestimmte Nebenprodukte freigesetzt, die Informationen über den bakteriellen Stoffwechsel liefern. Obwohl Viren dies nicht beabsichtigen, können diese Informationen innerhalb der Zelle in ein Signal zum „Stoppen des Stoffwechsels“ übersetzt werden. Selbstaufopfernde Bakterien, die das Signal empfangen, tragen dann ihren Teil dazu bei, andere Bakterien vor einer möglichen Infektion zu schützen.

Jeder Organismus in der Natur versucht auf vielfältige Weise, seine Präsenz auf der Bühne der Geschichte zu behaupten. Das Wettrüsten zwischen Viren und Bakterien veranschaulicht diese Situation perfekt. Und wir erleben nur die Geschichten derjenigen, denen es gelingt.