Bakterielle Abwehr gegen Bakteriophagen: Restriktiv-Modifikation, CRISPR-Cas und abortive Infektion

Bakterien setzen ausgeklügelte mehrschichtige Abwehrmechanismen gegen Bakteriophagen (Phagen) ein:

1. Restriktiv-Modifikations-Systeme (RM)

Angeborene Immunität. Restriktionsendonukleasen erkennen und spalten spezifische unmethylierte Phagen-DNA-Sequenzen. Wirts-DNA wird durch Methylierung an denselben Stellen geschützt. >3.000 RM-Systeme bekannt.

2. CRISPR-Cas-Systeme

Adaptive Immunität. Bakterien integrieren kurze Phagen-DNA-Fragmente (Spacer) in CRISPR-Arrays. Bei Neuinfektion leiten CRISPR-RNAs Cas-Nukleasen an, um übereinstimmende Phagen-DNA zu zerstören. Bietet sequenzspezifisches Gedächtnis.

3. Abortive Infektions-Systeme (Abi)

Altruistischer Suizid. Infizierte Zelle erkennt Phagenkomponenten und löst vorzeitigen Tod aus (metabolischer Stillstand, Membrandepolarisierung, Toxin-Antitoxin-Aktivierung). Verhindert Phagenreplikation und Ausbreitung auf klonale Geschwister.

Zusätzliche Mechanismen

• Oberflächenrezeptor-Modifikation (verhindert Adsorption)
• Superinfektions-Ausschluss (Prophagen-kodiert)
• Bakteriophagen-Ausschluss (BREX), DISARM, Thoeris usw. – neu entdeckte Systeme

Dieses evolutionäre Wettrüsten treibt immense Vielfalt sowohl in der Phagen-Offensive als auch in der bakteriellen Abwehr voran.