Wenn Pflanzenzellen Selbstmord begehen: Biochemiker der Universität Wien untersucht Zelltod-Proteine

Aber auch wenn unmittelbare Gefahr von außen droht, etwa wenn Krankheitserreger eindringen, kann eine Pflanzenzelle die Selbstzerstörung einleiten. In beiden Zelltodvorgängen spielt ein kleines Protein eine große Rolle, das Andreas Bachmair vom Department für Biochemie und Zellbiologie an der Universität Wien (Max. F. Perutz Laboratories) erforscht.

Während Tiere den Großteil ihrer Zeit damit verbringen, sich Nahrung zu beschaffen oder vor ihren Fressfeinden zu flüchten, funktioniert die Nährstoffzufuhr bei Pflanzen fast wie von selbst – „aber bei Gefahr einfach den Standort wechseln, das können sie eben nicht“, erklärt Bachmair. Pflanzen haben daher im Laufe der Evolution eine ganz eigene, innere Logik entwickelt, die sich von jener der tierischen Organismen unterscheidet.

Sterben …

Zum einen dient der „zelluläre Selbstmord“ den Pflanzen zur Entfernung defekter bzw. „ausgedienter“ Zellen. Bei Getreide stirbt sogar der gesamte Organismus, um Ressourcen freizusetzen und in die Samen einzubauen. Bei mehrjährigen Pflanzen werden nur Teile entsorgt: „Das wohl bekannteste Beispiel für diesen natürlichen Zelltod, die sogenannte Seneszenz, ist das Fallen der Blätter im Herbst“, so Bachmair.

… um zu überleben

Zum anderen ist das Einleiten eines relativ raschen Zelltods die bevorzugte Reaktion der Zelle auf den Befall mit Krankheitserregern. Beim „Selbstmord“ produziert sie viele toxische Stoffe und reißt dadurch – bestenfalls – die Eindringlinge mit in den Tod. Die Selbstzerstörung kann aber auch eine extreme Reaktion der Zelle auf andere Formen von Stress wie ungünstige Umweltbedingungen oder extreme Temperaturen sein.

Ubiquitin: Kleines Protein, große Wirkung

Zelltod ist ein komplexer Vorgang. Andreas Bachmair und sein dreiköpfiges Team konzentrieren sich deshalb im Rahmen des dreijährigen FWF-Projekts auf die vermutlich entscheidende Rolle eines kleinen Proteins: „Ubiquitin markiert andere Proteine, d.h. es wird an diese angeheftet. Die häufigste bekannte Konsequenz dieser Markierung ist die Entfernung des gekennzeichneten Proteins aus der Zelle: Das Ubiquitinsystem ist sozusagen die Müllabfuhr der Zelle“, erklärt der Wissenschafter: „Das ist aber nur ein Aspekt: Mittlerweile wissen wir, dass sein 'Aufgabenspektrum' in der Zelle weitaus umfangreicher ist. Zum Beispiel kann es sein, dass das mit Ubiquitin markierte Protein, bevor es abgebaut wird, noch einen wichtigen Auftrag zu erfüllen hat.“ In dieser Rolle ist Ubiquitin oft für den Informationstransfer in der Zelle wichtig.

Von der „Fehlfunktion“ auf die Funktion schließen

Im laufenden Projekt arbeitet Bachmair mit Mutanten des Modellorganismus Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand), in denen die eine oder andere Komponente des Ubiquitinsystems nicht funktioniert, ein Prozess verlangsamt ist oder einfach anders abläuft als in „normalen“ Pflänzchen. Dadurch wollen die ForscherInnen das „Aufgabengebiet“ von Ubiquitin aufschlüsseln. Methodisch hilft dabei die Tatsache, dass zelluläre Komponenten wie Proteine, die miteinander interagieren, früher oder später auch in physikalischen Kontakt treten – „und diesen 'Körperkontakt' können wir mit Hilfe des 'Hefe 2-Hybridsystems', einer molekularbiologischen Schlüsselmethode, feststellen“, so Bachmair.

Neben einer konkreten Anwendung der Projektergebnisse zur Verbesserung landwirtschaftlicher Erträge erhofft sich der Wissenschafter langfristig, seinen Teil zum besseren Verständnis der Pflanzen beitragen zu können: „Und wie alle GrundlagenforscherInnen sind wir dabei immer auch ein bisschen von 'Kommissar Zufall' abhängig.“

Kontakt
Ao. Univ.-Prof. Mag. Dr. Andreas Bachmair
Department für Biochemie und Zellbiologie
Universität Wien
Max. F. Perutz Laboratories
1030 Wien, Dr.-Bohr-Gasse 9
T +43-1-4277-748 11
andreas.bachmair@univie.ac.at
Rückfragehinweis
Mag. Alexandra Frey
Öffentlichkeitsarbeit
Universität Wien
1010 Wien, Dr.-Karl-Lueger-Ring 1
T +43-1-4277-175 31
M +43-664-602 77-175 31
alexandra.frey@univie.ac.at