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 Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

nachricht Der lange Irrweg der ADP Ribosylierung
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

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: Why we need erasable MRI scans

New technology could allow an MRI contrast agent to 'blink off,' helping doctors diagnose disease

Magnetic resonance imaging, or MRI, is a widely used medical tool for taking pictures of the insides of our body. One way to make MRI scans easier to read is...

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz »Encoding Cultures. Leben mit intelligenten Maschinen« | 27. & 28.04.2018 ZKM | Karlsruhe

26.04.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Weltrekord an der Uni Paderborn: Optische Datenübertragung mit 128 Gigabits pro Sekunde

26.04.2018 | Informationstechnologie

Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst

26.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Berner Mars-Kamera liefert erste farbige Bilder vom Mars

26.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics