Ein Forschungsteam unter der Leitung von Tappei Mishina vom RIKEN Biosystems Dynamics Research Center (BDR) fand heraus, dass der Parasit gestohlene Gene nutzt, um seinen Wirt zu manipulieren, und dass diese Gene wahrscheinlich durch ein Phänomen erworben werden, das als horizontaler Gentransfer bezeichnet wird. Diese Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht.
Viele Parasiten manipulieren das Verhalten ihrer Wirte, um deren Überleben und Fortpflanzungsfähigkeit zu sichern. Eisenwürmer sind eines der komplexesten Beispiele dieser Verhaltenskontrolle. Drahtwürmer werden im Wasser geboren und nutzen Wasserinsekten wie Eintagsfliegen, um per Anhalter an Land zu gelangen, wo sie darauf warten, von Landinsekten wie Grillen oder Gottesanbeterinnen gefressen zu werden.
Sobald der Eisenwurm diese Wirte erreicht, beginnt er zu wachsen und das Verhalten des Wirts zu manipulieren. Ausgewachsene Eisenwürmer locken ihren Wirt schließlich dazu, ins Wasser zu springen, was häufig zum Tod des Wirts führt, damit er seine Lebensaufgabe erfüllen und sich fortpflanzen kann.
Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Eisenwürmer die biologischen Wege ihres Wirts kapern und die Bewegung in Richtung Licht verstärken, was dazu führt, dass sich der Wirt Gewässern nähert. Wissenschaftler gehen davon aus, dass dies durch die Nachahmung von Molekülen im Zentralnervensystem des Wirts erreicht wird. Wie genau diese Parasiten diese molekulare Nachahmung entwickelten, ist jedoch ein Rätsel.
Um diese Frage zu beantworten, analysierten die Forscher die Ganzkörper-Genexpression im Chorda-Eisenwurm vor, während und nach der Manipulation seines Mantis-Wirts. Sie fanden heraus, dass bei Manipulation des Wirts die Expression von mehr als 3.000 Eisenwurm-Genen zunahm, während die Expression von 1.500 Genen abnahm. Andererseits zeigte die Genexpression in den Gehirnen der Gottesanbeterinnen keine Veränderung und war tatsächlich nicht von der Genexpression in nicht infizierten Gottesanbeterinnen zu unterscheiden. Diese Ergebnisse legen nahe, dass der Eisenwurm seine eigenen Proteine produziert, um das Nervensystem des Wirts zu manipulieren.
Als nächstes durchsuchten die Forscher eine Proteindatenbank, um den Ursprung der Gene zu erforschen, die von den Eisenwürmern zur Manipulation der Gottesanbeterinnen verwendet wurden. „Überraschenderweise sind viele der Eisenwurm-Gene, die für die Manipulation ihrer Wirte wichtig sein könnten, den Mantis-Genen sehr ähnlich, was darauf hindeutet, dass sie durch horizontalen Gentransfer erworben wurden“, sagte Misina. „Horizontaler Gentransfer ist ein biologischer Prozess, bei dem Gene von einem Organismus auf einen anderen übertragen werden, jedoch nicht durch Fortpflanzung. Er kann einen großen Einfluss auf die biologische Evolution haben und es Organismen ermöglichen, schnell neue Gene oder Funktionen zu erwerben, die ihnen helfen, sich an neue Umgebungen oder Lebensstile anzupassen. Eisenwürmer
Weitere Analysen stützten die Annahme, dass die molekulare Mimikry beim Chorda-Eisenwurm wahrscheinlich das Ergebnis eines horizontalen Gentransfers von der Gottesanbeterin ist. Insbesondere wurden in der Studie mehr als 1.400 Eisenwurmgene gefunden, die denen von Gottesanbeterinnen entsprachen, aber entweder fehlten oder sich deutlich von denen von Eisenwurmarten unterschieden, die keine Gottesanbeterinnen als Wirte nutzen. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass die große Anzahl der Mimikry-Gene, die sie fanden, wahrscheinlich das Ergebnis mehrerer horizontaler Gentransferereignisse von verschiedenen Mantis-Arten während der Evolution des Eisenwurms war. Diese Gene, insbesondere diejenigen, die mit Neuroregulation, Lichtanziehung und zirkadianen Rhythmen zusammenhängen, scheinen eine Rolle bei der Wirtsmanipulation zu spielen.
Der horizontale Gentransfer ist einer der Hauptwege, auf dem Bakterien Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln. Misina glaubt, dass wir dieses Phänomen und den gesamten Evolutionsprozess besser verstehen werden, wenn wir mehr Beispiele für horizontalen Gentransfer zwischen vielzelligen Organismen entdecken: „Die vielen Fälle von horizontalem Gentransfer, die wir bei Eisenwürmern gefunden haben, können als gutes Forschungsmodell dienen. Mit diesem Modell hoffen wir, die zugrunde liegenden Mechanismen des horizontalen Gentransfers herauszufinden und unser Verständnis der evolutionären Anpassung zu verbessern.“