Anders als Eukaryoten geben Bakterien Gene nicht nur vertikal an Tochterzellen weiter, sondern auch horizontal zwischen unverwandten Zellen. Drei Mechanismen sind bekannt: Transformation, Konjugation und Transduktion. Sie sind eine wesentliche Quelle bakterieller Variabilität und hauptverantwortlich für die schnelle Verbreitung von Antibiotikaresistenzen.
Bei der Transformation nimmt eine Bakterienzelle frei in der Umgebung vorliegende DNA aus toten Zellen auf. Voraussetzung ist die Kompetenz, ein physiologischer Zustand, in dem spezielle Aufnahmestrukturen exprimiert werden. Die DNA wird in einzelsträngiger Form über Membranproteine in die Zelle transportiert und kann anschließend durch homologe Rekombination in das eigene Chromosom integriert werden.
Klassisches Beispiel ist das Griffith-Experiment (1928): Hitzegetötete pathogene Pneumokokken (S-Stamm) machten harmlose lebende R-Stamm-Bakterien virulent – ein erster Hinweis darauf, dass DNA das Erbmaterial ist. Avery, MacLeod und McCarty (1944) belegten dies durch enzymatischen Verdau (DNase verhinderte Transformation).
Die Konjugation ist ein direkter Zell-Zell-Kontakt zwischen einer Donor- und einer Empfängerzelle. Donoren tragen ein F-Plasmid (Fertility-Plasmid), das die Information für einen Sexpilus codiert. Schritte:
1. Sexpilus heftet sich an die Empfängerzelle und zieht beide Zellen zusammen.
2. Eine konjugative Brücke entsteht.
3. Das F-Plasmid wird durch Rolling-Circle-Replikation einzelsträngig kopiert und durch die Brücke übertragen.
4. In beiden Zellen wird der zweite Strang ergänzt – aus einer F+- und einer F−-Zelle werden zwei F+-Zellen.
Bei Hfr-Zellen (high frequency of recombination) hat sich das F-Plasmid ins Chromosom integriert; bei der Konjugation können dadurch chromosomale Gene mitübertragen werden.
R-Plasmide tragen Resistenzgene gegen Antibiotika und werden durch Konjugation oft sehr schnell innerhalb und sogar zwischen Bakterienarten verbreitet. So entstehen multiresistente Erreger wie ESBL-bildende Enterobakterien.
• Transformation: freie DNA, kein Vektor, benötigt Kompetenz.
• Konjugation: direkter Zellkontakt, Sexpilus, F- oder R-Plasmid.
• Transduktion: Phagen als Vektoren.
Konjugation ist keine Sexualität im Sinne einer Fusion zweier Gameten; es handelt sich um einseitigen DNA-Transfer. Außerdem ist nicht jede Bakterienart von Natur aus kompetent – im Labor wird Kompetenz oft künstlich (CaCl2, Elektroporation) erzeugt.
Zusammenfassung: Transformation = Aufnahme freier DNA. Konjugation = Plasmidübertragung über Sexpilus. Beide sorgen für genetische Variabilität und Resistenzverbreitung.
Abitur-Tipp: Im Hessen-Abi werden alle drei Mechanismen oft tabellarisch verglichen – Vektor, Transferweg, Beispiel parat haben (Griffith, F-Plasmid, R-Plasmid).