Einzeller: Feinjustierung an der inneren Uhr einer Grünalge

Wer eine weite Reise per Flugzeug unternimmt, wird am Ziel meist vom Jetlag geplagt. Der Biorhythmus ist gestört, die „innere Uhr“ aus dem Takt geraten. Dabei nehmen wir sie kaum wahr, solange sie richtig „tickt“.

Doch nicht nur hochkomplexe Organismen wie der Mensch leben nach einem relativ stabilen Biorhythmus. Grünalgen der Art Chlamydomonas reinhardtii sind so winzig, dass sie mit bloßem Auge nicht erkennbar sind. Dennoch tickt auch in diesen Einzellern eine innere Uhr, die den Lebensrhythmus der Winzlinge bestimmt. „Kurz vor Tagesanbruch werfen die Algen sozusagen ihren Motor an, gesteuert von einer inneren Uhr“, sagt Prof. Dr. Stefan Schuster. So sind die Einzeller bereit für die Stoffwechselaktivitäten, für die sie das Licht benötigen – sozusagen ihr Tagewerk.

Schuster, der Inhaber eines von zwei Lehrstühlen für Bioinformatik der Friedrich-Schiller-Universität Jena, möchte gemeinsam mit der Botanikerin Prof. Dr. Maria Mittag erforschen, wie die „innere Uhr“ des Einzellers tickt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert dieses Kooperationsprojekt mit insgesamt etwa 850.000 Euro, angelegt ist es auf die Dauer von drei Jahren. Die Jenaer Wissenschaftler Mittag und Schuster arbeiten eng mit Dr. Oliver Ebenhöh zusammen, der in Golm bei Potsdam im Programm „GoFORSYS“ arbeitet. „GoFORSYS“ ist eines von vier deutschen Forschungszentren für Systembiologie, es ist am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie und anderen Instituten im Potsdamer Raum angesiedelt.

Chlamydomonas reinhardtii dient den Wissenschaftlern als Modellpflanze. Der genügsame Einzeller lässt sich rasch vermehren und steht so in ausreichender Menge zur Verfügung. Außerdem weist die Alge Eigenschaften von Pflanze und Tier auf, sie kann deshalb als Modell für andere Lebewesen dienen. Sogar menschliche Krankheiten sind mit ihrer Hilfe bereits entschlüsselt worden.

Der Bioinformatiker Stefan Schuster und seine Mitarbeiter werden theoretisch untersuchen, wie die Grünalge reagiert, wenn ihre „innere Uhr“ verstellt wird. „Die innere Uhr des Einzellers lässt sich durch Eingriffe in die Gene verstellen“, sagt Schuster. Die Aktivitäten des Einzellers werden über die Gene gesteuert, ergo können ausgeschaltete oder manipulierte Gene beispielsweise den Tag-Nacht-Rhythmus verändern. Auf der Grundlage experimenteller Ergebnisse der Gruppe von Prof. Mittag simulieren die Wissenschaftler um Schuster die Wechselbeziehungen der Gene von Chlamydomonas reinhardtii mit Hilfe von Computerprogrammen – ihre Ergebnisse werden von Prof. Mittag in der Laborpraxis überprüft, wodurch wiederum die Computersimulationen verbessert werden. So wollen die Botaniker der Universität Jena Gene verändern, die für den Stickstoff-Stoffwechsel zuständig sind. „Vielleicht können wir Chlamydomonas dazu bewegen, mehr Stickstoffkomponenten aufzunehmen“, sagt Maria Mittag. Gelingt das, ließe sich die Alge einsetzen, um Stickstoff-belastete Böden zu entgiften. Denn der Einzeller kommt im Süßwasser und im feuchten Erdreich vor. Erkenntnisse aus dem aktuellen Projekt könnten sich zudem auf andere Pflanzen übertragen lassen.

Kontakte:
Prof. Dr. Maria Mittag
Institut für Allgemeine Botanik und Pflanzenphysiologie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Am Planetarium 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949201
E-Mail: M.Mittag[at]uni-jena.de
Prof. Dr. Stefan Schuster
Lehrstuhl für Bioinformatik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
(Biologisch-Pharmazeutische Fakultät)
Ernst-Abbe-Platz 2, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949580
E-Mail: schuster[at]minet.uni-jena.de