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 Kaltwasserkorallen: Versauerung schadet, Wärme hilft
27.04.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Auf dem Gipfel der Evolution – Flechten bei der Artbildung zugeschaut
27.04.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

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: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

VLC 200 GT von EMAG: Neue passgenaue Dreh-Schleif-Lösung für die Bearbeitung von Pkw-Getrieberädern

27.04.2017 | Maschinenbau

Induktive Lötprozesse von eldec: Schneller, präziser und sparsamer verlöten

27.04.2017 | Maschinenbau

Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

27.04.2017 | Informationstechnologie