Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kleines Signalmolekül gibt grünes Licht für Zellteilung

07.05.2015

Eigene Nachkommen zu zeugen ist das evolutionäre Ziel aller Lebewesen. Die Reproduktion einzelner Zellen wird dabei durch den Zellzyklus koordiniert. Für die Entdeckung, wie dieser Vorgang in Eukaryoten gesteuert wird, wurde im Jahr 2001 der Nobelpreis vergeben.

Nun hat die Forschungsgruppe von Prof. Urs Jenal vom Biozentrum der Universität Basel den zentralen Schalter für die Zellvermehrung in Bakterien gefunden. Bei ihnen kontrolliert der Botenstoff c-di-GMP den Zellzyklus. Wie das auf molekularer Ebene geschieht, beschreiben die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe von «Nature».


Proteine, die das Signalmolekül c-di-GMP herstellen (gelb), kontrollieren den Zellzyklus von Caulobacter.

Universität Basel, Biozentrum

Es ist nur ein winziges Molekül, doch ist es für nahezu alle Bakterien überlebenswichtig. Denn der kleine Signalbotenstoff – c-di-GMP genannt – bestimmt, wie sich eine Bakterienzelle verhält. So sorgt es beispielsweise dafür, dass sich Bakterien zu einem Biofilm zusammenschliessen und so chronische Infektionen beim Menschen verursachen können.

Dass c-di-GMP auch eine entscheidende Rolle bei der Vermehrung von Bakterien spielt, konnten nun erstmals die Forscher um Prof. Urs Jenal vom Biozentrum der Universität Basel aufzeigen. Sie haben entdeckt, dass oszillierende Konzentrationen des Botenstoffs die Aktivität nachfolgender Proteine beeinflusst und so den Zellzyklus und die Reproduktion der Bakterien steuern.

Signalmolekül stellt Ampel an Kontrollpunkten

Wie vermehren sich Zellen? Wenn sich eine Zelle teilt, dann entstehen aus einer Mutterzelle zwei Tochterzellen. Bevor dies geschieht, muss die Zelle jedoch verschiedene Phasen vom Wachstum über die Verdoppelung der Erbinformation bis zur eigentlichen Zellteilung durchlaufen. Dieser Kreislauf wird auch als Zellzyklus bezeichnet.

Die Infektionsbiologen zeigen in ihrer Studie nun erstmals, dass der Signalbotenstoff c-di-GMP ähnlich wie eine Ampel den Zellzyklus im Modellbakterium Caulobacter crescentus kontrolliert. Fehlt c-di-GMP in der Zelle, so steht die Ampel auf Rot. Für die Zelle heisst das, sie verbleibt in der ersten Phase des Zellzyklus. Steigt der c-di-GMP-Spiegel, dann springt die Ampel auf Grün und die Zelle tritt in die nächste Phase ein. Wie das genau geschieht, haben sich die Forscher auf molekularer Ebene angeschaut.

c-di-GMP steuert ein Enzym mit zwei Wirkungsweisen

Die Rolle der Ampel übernimmt dabei ein Enzym, das auf zweierlei Weisen wirkt. «Wenn kein c-di-GMP vorhanden ist, dann blockiert es den Vorgang, der zur Vermehrung der bakteriellen Erbinformation führt», erklärt Jenal. «Sobald jedoch c-di-GMP produziert wird, dockt es an das Enzym an und verändert dadurch dessen Struktur und Wirkungsweise. Das Enzym hebt nun die Blockade auf und das Bakterienchromosom kann kopiert werden.»

Dieser Schritt kennzeichnet den Eintritt in eine neue Phase des Zellzyklus. Auch für das Verhalten der Nachkommen spielt die unterschiedliche räumliche Verteilung des Signalmoleküls in der sich teilenden Mutterzelle eine wichtige Rolle.

Infektionserreger nutzen gleiches Signalnetzwerk

Den Forscher ist es mit ihrer Arbeit erstmals gelungen, eine Verbindung zwischen zwei grossen regulatorischen Netzwerken von Bakterienzellen – den kleinen Signalbotenstoffen und den Enzymen – herzustellen. Die gewonnenen Erkenntnisse liefern eine wichtige Grundlage, die um ein vielfaches komplizierteren c-di-GMP-Netzwerke von Krankheitserregern aufzuklären.

Das Signalmolekül beeinflusst beispielsweise deren Virulenz, ihre Fähigkeit zum Überdauern oder ihre Resistenz gegenüber Antibiotika. Auch die gefährlichen Erreger von Cholera und der Lungenentzündung nutzen das c-di-GMP-Signalsystem. Ob es dort genauso agiert wie im Modellbakterium C. crescentus, das möchte die Forschungsgruppe von Urs Jenal nun herausfinden.

Originalbeitrag

Lori C, Ozaki S, Steiner S, Böhm R, Abel S, Dubey BN, Schirmer T, Hiller S, and Jenal U.
Cyclic di-GMP acts as a cell cycle oscillator to drive chromosome replication.
Nature; published online 6th May 2015

Weitere Auskünfte

Prof. Urs Jenal, Biozentrum der Universität Basel, Tel: +41 61 267 21 35,
E-Mail: urs.jenal@unibas.ch

Weitere Informationen:

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14473.html - Originalbeitrag

Christoph Dieffenbacher | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien
19.09.2017 | Technische Universität Berlin

nachricht Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden
19.09.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

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: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie