Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bakterien arbeiten nicht immer „just in time“

23.09.2013
Forscher der Universität Jena und der TU Ilmenau berechnen optimale Stoffwechselwege in Bakterien

„Just in time“ – zu Deutsch: gerade rechtzeitig – nach dieser Devise werden heute längst nicht mehr nur Autos gebaut. Auch Flugzeuge, Handys oder Computer laufen nach dem Verfahren vom Band, bei dem alle benötigten Bauteile genau zu dem Zeitpunkt bereitgestellt werden, zu dem sie gebraucht werden. Das spart Lagerkapazitäten und so bares Geld und gilt deshalb als besonders effizient.

Auch in der Natur – dem Inbegriff von Effizienz – laufen Produktionsprozesse nach dem Just-in-time-Prinzip. Zumindest war das die bisher geltende Lehrmeinung. „Lebewesen können es sich einfach nicht erlauben, am Bedarf vorbei Stoffe zu produzieren. Nur was tatsächlich benötigt wird, wird auch bereitgestellt“, sagt Prof. Dr. Christoph Kaleta von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Der Bioinformatiker und sein Team wollten daher in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt die Frage klären, wie es Organismen gelingt, genau die Eiweiße in der Menge zu produzieren, die sie gerade brauchen, um an die jeweils herrschenden Umweltbedingungen optimal angepasst zu sein.

Dabei haben Kaleta und seine Kollegen jedoch eine Überraschung erlebt: Wie die Jenaer Forscher mit Kollegen der Technischen Universität Ilmenau im Fachmagazin „Nature Communications“ berichten, arbeiten Bakterien wie beispielsweise Escherichia coli keineswegs immer „just in time“ (DOI: 10.1038/ncomms3243). Diese Produktionsweise sei zwar – wie in industriellen Prozessen auch – sehr effizient, berge aber auch Risiken: Denn bleibt die Zulieferung auch nur eines Bauteils aus, kann die ganze Kette ins Stocken geraten.

„Wenn die Bakterienzelle es sich leisten kann, dann weicht sie von der sukzessiven Aktivierung der zur Produktion von Eiweißen benötigten Enzyme ab“, erläutert Kaleta das Ergebnis seiner Studie. Je nachdem wie hoch der Bedarf an einem bestimmten Eiweiß gerade sei, werde seine Produktion dynamisch angepasst. „Ist der Bedarf eher niedrig und gibt es die Produktionskapazität der Zelle her, dann werden sämtliche Enzyme gleichzeitig hochgefahren“, sagt der Juniorprofessor für Theoretische Systembiologie. Oder, um im Bild der industriellen Güterproduktion zu bleiben: sämtliche Bauteile werden zum gleichen Zeitpunkt auf einmal zur Verfügung gestellt. Erst wenn der Eiweiß-Bedarf so hoch ist, dass die simultane Produktion sämtlicher „Bauteile“ die Zelle überfordern würde, werden sie „just in time“ angeliefert.

Für ihre Studie haben die Forscher Methoden eingesetzt, die sonst für die Optimierung von industriellen Prozessen verwendet werden. „Damit konnten wir nachweisen, dass viele Bakterien die von uns postulierten Strategien zur optimalen Produktion von Proteinen tatsächlich anwenden“, so Kaleta. Auf diese Weise, betont der 30-jährige Nachwuchsforscher schmunzelnd, könne einmal die Technik das Handwerkszeug liefern, um die Natur besser zu verstehen. „Sonst gibt es ja häufiger den umgekehrten Fall, dass wir Technik nach dem Vorbild der Natur entwickeln.“

Ihre Arbeit, so sind die Jenaer Bioinformatiker überzeugt, sei nicht nur interessante Grundlagenforschung. Vielmehr lassen sich diese Erkenntnisse eines Tages auch ganz praktisch nutzen: „Denkbar ist beispielsweise eine Anwendung in der Bekämpfung von Krankheitserregern“, sagt Kaleta. Denn auch während eines Infektionsprozesses passen sich die Erreger sehr schnell an die Situation im Wirtsorganismus an. „Wenn klar ist, nach welchem Programm der Stoffwechsel des Keims aktiviert wird, lassen sich auch gezielt Angriffspunkte für neue Wirkstoffe finden, die das Wachstum und die Vermehrung des Erregers hemmen.“

Original-Publikation:
Bartl M, Kötzing M, Schuster S, Li P, Kaleta C. Dynamic optimization identifies optimal programmes for pathway regulation in prokaryotes (2013), Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms3243
Kontakt:
Prof. Dr. Christoph Kaleta
Arbeitsgruppe Theoretische Systembiologie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Leutragraben 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949590
E-Mail: christoph.kaleta[at]uni-jena.de

Dr. Ute Schönfelder | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.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