Kuruka: Neues Erbgut-Element erobert Fruchtfliegen weltweit

In natürlichen Populationen der Fruchtfliege Drosophila melanogaster breitet sich ein neu entdecktes mobiles Erbgut-Element aus: Kuruka. Ein Forschungsteam um Robert Kofler der Vetmeduni hat nachgezeichnet, wann und wo das Element auftauchte.

Die Studie ist in „Nature Communications“ erschienen.

Kuruka ist ein sogenanntes endogenes Retrovirus von Insekten. Solche Elemente können sich im Erbgut vervielfältigen und an neuen Stellen einbauen. Kuruka gehört zur Gypsy/Gypsy-Superfamilie, ist 8.833 Basenpaare lang und trägt auch ein Gen für ein Hüllprotein. Dieses Merkmal passt zu seiner Einordnung als Retrovirus-ähnliches Erbgut-Element.

Von Afrika nach Amerika, Asien und Europa

Für ihre Studie analysierten die Forschenden 1.072 Genome von Fruchtfliegen, die zwischen etwa 1815 und 2021 in verschiedenen Regionen der Welt gesammelt worden waren, um nachzuvollziehen, wann Kuruka erstmals in Drosophila melanogaster auftauchte und wie sich das mobile Erbgut-Element anschließend verbreitete. Dabei zeigte sich, dass Kuruka in keiner der vor 2010 gesammelten Proben nachweisbar war, während es 2010 erstmals in Populationen aus Afrika gefunden wurde.

In den folgenden Jahren breitete sich Kuruka offenbar über weitere Kontinente aus. Ab 2017 fanden die Forschenden die Sequenzen auch in Fruchtfliegen aus Ostasien, Amerika und vereinzelt aus Europa. In den Proben aus Amerika und Ostasien, die 2020 und 2021 gesammelt wurden, war Kuruka bereits durchgehend vorhanden, während das Element in Australien weiterhin nicht nachgewiesen werden konnte und auch in Europa noch nicht alle untersuchten Populationen erreicht hatte. Zusätzliche Proben aus Nordamerika zeigen, dass Kuruka weiter vorhanden ist. Fruchtfliegen, die 2023 in North Dakota sowie 2025 in North Dakota und Washington, D.C., gesammelt wurden, trugen mehrere Kuruka-Kopien. Die Ausbreitung war den Daten zufolge zumindest bis 2021 noch im Gange.

„Kuruka erlaubt uns, eine Genom-Invasion zu beobachten, während sie passiert: Wir können verfolgen, wie sich das Element in natürlichen Populationen ausbreitet und wie der Wirt darauf reagiert“, erklärt Studienletztautor Robert Kofler vom Zentrum für Biologische Wissenschaften der Veterinärmedizinischen Universität Wien.

Die Forschenden vermuten, dass sich Kuruka langsamer ausbreitet als manche andere mobile Erbgut-Elemente. Als mögliche Erklärung nennen sie seinen Lebenszyklus. Kuruka dürfte vor allem in Körperzellen rund um die Ovarien aktiv sein. Um an die nächste Generation weitergegeben zu werden, müssen die dort gebildeten virusähnlichen Partikel die Keimbahn erreichen. Dieser zusätzliche Schritt könnte die Ausbreitung bremsen.

Ein totgesagter Ursprung

Die Analysen sprechen dafür, dass Kuruka erst vor kurzer Zeit durch horizontalen Transfer in Drosophila melanogaster gelangte, also wahrscheinlich von einer anderen Art übertragen und dabei nicht von Eltern an Nachkommen vererbt wurde. Als wahrscheinlichster Spender gilt die afrikanische Fruchtfliegenart Drosophila erecta. Dort fanden die Forschenden eine Kuruka-Sequenz, die über 8.658 Basenpaare zu 98,85 Prozent übereinstimmt. Auch Drosophila bocqueti trägt eine ähnliche, jedoch kürzere Sequenz. Der Übertragungsweg lässt sich jedoch nicht endgültig beweisen. Auch eine bislang nicht untersuchte afrikanische Art oder Population kommt als Ursprung infrage.

Im Genom von Drosophila erecta gibt es offenbar nur eine Kuruka-Kopie. Sie liegt im Bereich flamenco, der an der Abwehr mobiler Erbgut-Elemente beteiligt ist und kleine RNA-Moleküle, sogenannte piRNAs, bilden kann. Die Forschenden fanden viele gegen Kuruka gerichtete piRNAs. Das deutet darauf hin, dass Kuruka in Drosophila erecta durch einen Schutzmechanismus unterdrückt wird.

„Der Fund zeigt, dass selbst ein Element, das in einer Art offenbar schon für tot erklärt werden kann, in einem neuen Wirt wieder aktiv werden kann“, so Robert Kofler. Kuruka ist laut Studie die zwölfte dokumentierte Invasion eines mobilen Erbgut-Elements in Drosophila melanogaster innerhalb der vergangenen 200 Jahre.