Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine Amöbe wird zur Alge

19.08.2010
Sequenzanalysen abgelesener Gene einer Amöbe enthüllen erste notwendige Schritte zur Integration eines photosynthetischen Organells in eine Wirtszelle.

Wissenschaftlern des Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in Berlin, des Fritz Lipmann Institut in Jena und des Biozentrums der Universität zu Köln ist es gelungen nachzuweisen, dass die Entstehung photosynthetischer Organellen durch Aufnahme und Umwandlung eines Bakteriums kein einmaliges Evolutionsereignis war.

Durch Photosynthese wird Lichtenergie in chemisch gebundener Form für alle Lebewesen der Erde nutzbar gemacht, wobei Sauerstoff entsteht. Nachdem einfache Bakterien (Cyanobakterien) diesen Prozess entwickelt und perfektioniert hatten, verleibten sich kernhaltige Zellen (Eukaryoten) diese Bakterien als Symbionten ein , wandelten sie im Laufe der Evolution zu Organellen (Chloroplasten) um und übernahmen so die Photosynthese der Cyanobakterien. Während dieses als primäre Endosymbiose bezeichneten Prozesses wurden von den ursprünglich mehreren Tausend Genen des Cyanobakteriums viele ausgeschaltet, andere wurden in den Zellkern des Wirtes verlagert. Letztere erfüllen eine wichtige Aufgabe in der Zelle: Sie regulieren die Funktion des Chloroplasten. So besitzt ein Chloroplast heute nur noch ca. 100 Gene, aber etwa 1000 Gene des Zellkerns stellen Proteine für die Aufrechterhaltung der Photosynthese zur Verfügung.

Bislang nahm man an, dass alle heutigen Algen und Pflanzen ihre Chloroplasten durch eine einzige primäre Endosymbiose eines Cyanobakteriums erhielten. Vor zwei Jahren konnten Glöckner, Melkonian und Nowack (Jena und Köln) jedoch zeigen, dass eine Amöbe, Paulinella chromatophora, durch eine unabhängige Endosymbiose ein Cyanobakterium aufnahm und photosynthetisch wurde. Sie sequenzierten die DNA des Chromatophoren, des ehemaligen Cyanobakteriums der Amöbe. Im Gegensatz zu der Endosymbiose, die zu unseren heutigen Pflanzen führte, liegt diese wahrscheinlich nur etwa 40-60 Millionen Jahre zurück, wobei der Chromatophor noch nicht so viele Gene verloren hat wie ein Chloroplast, der dafür mehr als eine Milliarde Jahre Zeit hatte.

Inzwischen gibt es Hinweise darauf, dass einige Gene des Chromatophoren in den Zellkern der Amöbe überführt wurden. Die Arbeitsgruppen von Glöckner und Melkonian interessierte nun, wie oft dies geschehen ist, und ob die Produkte dieser Gene möglicherweise in die Regulation des Stoffwechsels der Chromatophoren eingreifen. Nur wenn eine direkte Wechselwirkung zwischen Zellkern und Chromatophor besteht, kann man auch den Chromatophoren als echtes Organell auffassen.

Um diese Frage zu klären, wurde das sogenannte Transkriptom von P. chromatophora untersucht. Dazu mussten alle in einem bestimmten Zellzustand abgelesenen Gene detektiert werden. Das wurde durch Einsatz einer neuen Generation von DNA-Sequenzierautomaten (Next Generation Sequencing, NGS) erreicht. Um eine mögliche Regulation untersuchen zu können, wurden zwei verschiedene Zellzustände untersucht: im Dunkeln gehaltene Amöben, und Amöben, die gerade einen neuen Tag beginnen sahen, also Photosynthese aufnehmen konnten.

Zwei wichtige Erkenntnisse konnten die Autoren gewinnen. Immerhin bis zu hundert Gene wanderten vom Chromatophoren zum Zellkern und blieben dort aktiv. Gleichzeitig wurden sie so umgebaut, dass sie für den Zellkern „verträglicher“ wurden. Und zweitens sind einige dieser verlagerten Gene lichtreguliert, das heißt, sie reagieren auf Umweltbedingungen, die für die Photosynthese wichtig sind.

Somit ist nun klar: Die primäre Endosymbiose in P. chromatophora führte zur Bildung eines echten Organells, das mit einem frühen evolutionären Stadium der uns in Pflanzen begegnenden Chloroplasten verglichen werden kann. Die Einbindung dieses Organells in den Wirtsorganismus ist allerdings bei der Amöbe noch nicht so weit fortgeschritten wie bei den Pflanzen.

Noch sind nicht alle Fragen, die an dieser außergewöhnlichen Amöbe, die nun zur Alge „geadelt“ wurde, untersucht werden können, geklärt. Aber die vorliegende Untersuchung zeigt, dass die Evolution auch bei so komplexen Vorgängen wie der Etablierung eines photosynthetischen Organells durch primäre Endosymbiose, das Gleiche nicht nur einmal ausprobiert.

Forscher aus Berlin, Jena und Köln entschlüsseln erste Schritte der Integration eines photosynthetischen Organells am Beispiel der Amöbe Paulinella chromatophora

Bei Rückfragen:
Dr. Patrick Honecker
Tel: +49 221 470-2202; 0170 5781717
E-Mail: patrick.honecker(at)uni-koeln.de
Inhaltliche Fragen:
Prof. Dr. Michael Melkonian
Biozentrum Köln, Universität zu Köln
Botanisches Institut
Tel: +49 221 470-2475
E-Mail: michael.melkonian@uni-koeln.de
PD Dr. Gernot Glöckner
Berlin Center for Genomics in Biodiversity Research
Institut für Gewässerbiologie und Binnenfischerei (IGB)
D-14195 Berlin
Tel: +49-30-838-54694
E-Mail: gloeckner@igb-berlin.de
Verantwortlich: Yusuf Söm

Gabriele Rutzen | idw
Weitere Informationen:
http://www.melkonian.uni-koeln.de
http://www.uni-koeln.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen
09.12.2016 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Wolkenbildung: Wie Feldspat als Gefrierkeim wirkt
09.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie