Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Feindabwehr mit Sauerstoffradikalen: Auf zwei Wegen aktiviert das pflanzliche Immunsystem beim Angriff Oxidasen

08.04.2014

Pflanzen wehren sich gegen Pathogene mit der Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), die schädlich für das Wachstum von Mikroben sind. Wie genau die Bildung von ROS ausgelöst wird, ist aber noch unklar. Forscher haben jetzt einen zweiten Aktivierungsmechanismus entdeckt.

Wasserstoffperoxid spielt eine wichtige Rolle bei der Verteidigung gegen Krankheitserreger. Die Makrophagen des menschlichen Immunsystems produzieren das Molekül mit Hilfe der Enzymfamilie NADPH-Oxidasen, um damit Viren und Bakterien den Garaus zu machen. Auch Pflanzenzellen greifen auf diese Strategie zurück. Da Pflanzen aber keinen Blutkreislauf und keine spezialisierten Immunzellen haben, muss jede einzelne Pflanzenzelle ihre eigenen NDAHP-Oxidasen bei Angriff anschalten können.


Das Immunsystem von Pflanzen ist bisher nur wenig erforscht. Wir wissen etwa zehn Prozent von dem, was beim Menschen bekannt ist. (Quelle: © iStock.com/Whiteway)

Forscher haben jetzt an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana herausgefunden, dass die pflanzliche NAPDH-Oxidase RbohD auf zwei verschiedenen Wegen aktiviert wird. „Dieser doppelte Aktivierungsmechanismus könnte eine Sicherheitsmaßnahme dafür darstellen, dass die gefährlichen reaktiven Sauerstoffspezies wirklich nur zum richtigen Zeitpunkt hergestellt werden.

Die Immunantwort soll schließlich nur aktiviert werden, wenn auch ein Pathogenangriff stattgefunden hat“, erklärt Tina Romeis, Professorin für Biologie an der FU Berlin. Nämlich genau dann, wenn die Pflanzenzelle verräterische Proteinstrukturen der angreifenden Pilze, Bakterien oder anderer Pathogene erkennt.

Zwei Enzyme mit dem gleichen Ziel

Erkennen Pflanzenzellen fremde Proteine, strömt Calcium in die Zellen. Romeis hatte bereits im vergangenen Jahr herausgefunden, dass dann die calciumabhängige Proteinkinase 5 (CPK5) durch Phosphorylierung das Enzym RbohD aktiviert. Phosphorylierungen, also das Anhängen einer Phosphatgruppe an ein Protein, schalten bestimmte Enzymfunktionen an oder ab und dienen außerdem zur Signalweiterleitung. CPK5 sorgt dafür, dass RbohD an vier Stellen Phosphatgruppen erhält. In der Sprache der Biochemiker heißen sie S39, S148, S163 und S347.

In zwei neuen Studien präsentieren Wissenschaftler jetzt Hinweise darauf, dass es auch einen calciumunabhängigen Weg zur Phosphorylierung von RbohD gibt. Verantwortlich dafür ist das Enzym BIK1. Der Knackpunkt dabei: BIK1 scheint  auch die Position S39 zu phosphorylieren, die Romeis bereits als Ziel von CPK5 identifiziert hatte.

„Das ist das Spannende an den Ergebnissen, dass sie noch einen anderen Typ von Kinase identifiziert haben“, sagt Romeis. „Unsere Daten haben bereits darauf hingedeutet, dass das Enzym durch verschiedene Kinasen phosphoryliert werden muss. Gerade die Phosphorylierung S39 scheint dabei jetzt einen Schlüssel zur schnellen lokalen Aktivierung aber auch zur Weiterleitung des Immunsignals in der gesamten Pflanze darzustellen, welches es unbedingt genauer zu untersuchen gilt.“ Die Wissenschaftler schlagen vor, dass der calciumunabhängige Signalweg mit BIK1 als Vorbereitung für die Phosphorylierung durch CPK5 oder weitere calciumabhängige Kinasen dient. Diese Erklärung ist schlüssig, denn ganz ohne Calcium geht es im Endeffekt nicht. „Die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies ist immer noch calciumabhängig.“

Ohne Calcium werden im Endeffekt keine ROS produziert

Ohnehin ist bei Pflanzen nicht genau geklärt, wie das Calcium in die Zellen strömt. „Es ist verrückt, wir kennen das gesamte Genom von Arabidopsis, aber die Kanäle wurden immer noch nicht gefunden“, so Romeis. Es gibt inzwischen ein paar heiße Kandidaten, aber keine publizierten Ergebnisse. Genau wie die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies ist auch der Einstrom von Calcium in die Zelle ein evolutionär sehr alter Verteidigungsmechanismus, der sich bei Tieren und Pflanzen findet.

Doch das Immunsystem von Pflanzen funktioniert ganz anders als unser eigenes und ist auch vergleichsweise wenig erforscht. „Wir wissen etwa zehn Prozent von dem, was beim Menschen bekannt ist“, sagt Romeis.

Reaktive Sauerstoffspezies oder auch Sauerstoffradikale sind zerstörerische Moleküle, die DNA oder Proteine schädigen können. Darüber hinaus haben sie durchaus nützliche Wirkungen. Der Mensch macht sich zum Beispiel Wasserstoffperoxid (H2O2) beim Bleichen von Zellstoff oder Baumwolle zu nutze. Auch in Frisörsalons oder Zahnarztpraxen kommt es immer dann zum Einsatz, wenn etwas weißer werden soll. Wenn Zellen plötzlich zahlreiche dieser reaktiven Sauerstoffspezies herstellen, sprechen Wissenschaftler auch von einem oxidativen Ausbruch (engl. respiratory burst). Daher hat auch RbohD seinen Namen: Respiratory Burst Oxidase Homolog D.

| Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.Pflanzenforschung.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Up-Scaling: Katalysatorentwicklung im Industriemaßstab
22.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

nachricht Ozeanversauerung schädigt Miesmuscheln im Frühstadium
22.11.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

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: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bakterien als Schrittmacher des Darms

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Ozeanversauerung schädigt Miesmuscheln im Frühstadium

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die gefrorenen Küsten der Arktis: Ein Lebensraum schmilzt davon

22.11.2017 | Geowissenschaften