Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eisennieten in den Zellbausteinen

05.01.2007
In Schwefelsäure leben Einzeller mit einzigartiger biochemischer Ausstattung

Dass der einzellige Organismus Ferroplasma acidiphilum in Schwefelsäure leben kann – und das sogar ohne Zellwand – ist ungewöhnlich genug. Seine Einzigartigkeit jedoch besteht in seiner besonderen Beziehung zum Eisen: Wie Forscher aus Braunschweig und Madrid jetzt herausgefunden haben, gewinnt Ferroplasma acidiphilum nicht nur seine Energie aus der Umwandlung von Eisen – es „frisst“ das Metall sozusagen und lässt Rost zurück – sondern nutzt es vor allem als wesentliches Strukturelement für die meisten Proteine seiner Zelle.

Damit zeigt der Einzeller eine biochemische Ausstattung, die ihn von allen anderen bislang bekannten Lebewesen unterscheidet. Möglicherweise hat der Mikroorganismus dabei eine urtümliche Eigenheit aus den Frühzeiten der Evolution konserviert. Ihre Erkenntnisse beschreiben die Forscher in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift Nature.

„Ferroplasma acidiphilum gehört zu den Archaebakterien – Mikroorganismen, die in sehr ungewöhnlichen, extremen Lebensräumen existieren können“, erklärt Dr. Olga Golyshina, die Wissenschaftlerin vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig, die den Keim vor wenigen Jahren aus Pyrit-Erzen isoliert und zum ersten Mal beschrieben hat.

Ferroplasma lebt an Standorten mit eisenhaltigen Erzen oder in säurehaltigen Abflüssen aus dem Bergbau. „Da der Energiegewinn aus Eisenoxidation sehr gering ist, muss Ferroplasma tonnenweise eisenhaltige Gesteine umwandeln“, sagt Professor Ken Timmis, leitender Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung. „Es leistet durch seine Stoffwechselaktivitäten eine enorme biochemische und geologische Arbeit.“ Gemeinsam mit Kollegen von der Technischen Universität Braunschweig und dem CSIC Institute of Catalysis in Madrid hat Timmis die Molekül-Bausteine des Organismus, die Proteine, untersucht.

Das Ergebnis: „Mehr als 80 Prozent der Proteine von Ferroplasma acidiphilum enthalten Eisenatome “, sagt Dr. Peter Golyshin, der sowohl an der TU als auch am Helmholtz-Zentrum forscht. „ In allen anderen untersuchten Organismen, auch bei anderen Archaebakterien, sind eisenhaltige Proteine nur in geringen Mengen vertreten.“ In den meisten Fällen dienen die Eisenatome als Stabilisatoren, die die räumliche Struktur der Proteine in Ferroplasma aufrecht erhalten. Die Forscher nennen diese Eisenatome in Ferroplasma „iron rivets“, zu Deutsch eiserne Nieten.

Die Entdeckung der einzigartigen, durch „Eisennieten“ verstärkten Protein-Maschinerie von Ferroplasma regt die Wissenschaftler zu Schlussfolgerungen über die Frühzeit der Evolution an. „Eine derzeit viel diskutierte Theorie über die Entstehung des Lebens besagt, dass die frühesten biologischen Moleküle auf Oberflächen mit viel Eisen und Schwefel entstanden sein müssen“, erklärt Timmis. Erze wie etwa Pyrit, in dessen Nähe Ferroplasma acidiphilum gut wächst, hätten als Katalysator für die Entstehung der frühesten Bausteine des Lebens gedient. Die ersten Zellen könnten viele chemische Prozesse mit Eisen-Schwefel-Katalyse beibehalten haben; vielleicht benutzten sie Eisen auch als Proteinstruktur-stabilisierendes Element.

Später musste die Evolution auf andere Baupläne für die Proteine ausweichen, um eisenarme Habitate besiedeln zu können. „Eine absolute Ausnahme bildet da der Lebensraum, in dem Ferroplasma acidiphilum bis heute zu finden ist“, sagt Timmis. „Hier gibt es gelöstes Eisen weiterhin in Hülle und Fülle. Möglicherweise gehört Ferroplasma zu einem evolutionären Zweig des Lebens, der diese Umwelt nie verlassen hat und deshalb die eisernen Nieten nicht ersetzen musste.“

Quelle:

Originalartikel: M. Ferrer, O.V. Golyshina, A. Beloqui, P.N. Golyshin, K. N. Timmis. The cellular machinery of Ferroplasma acidiphilum is iron-protein-dominated. Nature 2007

| Helmholtz-Gemeinschaft
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-hzi.de

Weitere Berichte zu: Eisen Eisenatome Evolution Ferroplasma Organismus Protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Immunabwehr ohne Kollateralschaden
23.01.2017 | Universität Basel

nachricht Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens
23.01.2017 | Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland e.V.

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: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie