Untersuchungen zur molekularen Anpassungsfähigkeit von Bacillus subtilis an eine erhöhte biologisch wirksame UV-Bestrahlung

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Kultur von vegetativen Bacillus subtilis 168-Zellen über rund 700 Generationen kultiviert und dabei periodisch mit polychromatischer UV-Strahlung (200-400 nm) bestrahlt. Ab 20 durchlaufenen Bestrahlungszyklen konnten mehrere Populationen (E) mit gegenüber der Ausgangspopulation (A) signifikant erhöhter UV-Resistenz isoliert werden. Zellen einer nicht bestrahlten Kontrollkultur (K) erwarben keine erhöhte UV-Toleranz. Nach 69 Zyklen wurde das Experiment unterbrochen und Zellen jeder 10. Population wurden strahlenbiologisch charakterisiert, indem Fluenz-Effekt-Kurven nach Bestrahlung mit UV-C (254 nm) sowohl im Wachstumsmedium als auch in PBS aufgenommen wurden. Ebenfalls nach Bestrahlung mit UV-C wurde die Induktion von Pyrimidin-Dimeren, der Hauptursache der mutagenen und lethalen Wirkung von UV-C-Strahlung auf Organismen, in Zellen der Populationen A und E69 quantifiziert und es wurden Reparaturkinetiken aufgenommen. In Zellen beider Populationen wurden gleich viele Pyrimidin-Dimeren gebildet, aber aus den aufgenommenen Reparaturkinetiken waren signifikante Unterschiede in der enzymatischen Behebung dieser DNA-Schäden ersichtlich. Die erworbene UV-Resistenz der vegetativen Zellen geht auch mit einer gleichermaßen erhöhten Resistenz gegenüber Röntgestrahlung einher. Aus adaptierten Zellen hervorgehende Endosporen wiesen allerdings keine erhöhte Resistenz gegenüber UV- und Röntgenstrahlung in Bezug auf Endosporen der Ausgangspopulation auf. Die in dieser Arbeit beobachteten Veränderungen weisen zusammen mit früheren Ergebnissen anderer Wissenschaftler darauf hin, dass die im Verlauf des Evolutionsexperimentes aufgetretene Anpassung auf molekularen Veränderungen in der Regulation der zellulären SOS-Antwort zurückzuführen ist, in deren Verlauf die DNA-Reparatur erfolgt. Zur Klärung sind weitere Untersuchungen auf Ebene des Transkriptoms der verglichenen Populationen nötig.