Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Urtümliche Pflanze birgt genetische Überraschungen

07.07.2009
Botaniker der Universitäten Bonn und Bielefeld sind bei genetischen Analysen des Brachsenkrauts auf einige Absonderlichkeiten gestoßen.

Die Forscher haben das Erbgut der so genannten Mitochondrien unter die Lupe genommen - das sind gewissermaßen die "Kraftwerke" der Zelle.

Dabei stellte sich unter anderem heraus, dass die Erbanlagen mehr als 1.500 Fehler enthalten, die die Pflanze vor Umsetzen der Information korrigieren muss. Dazu steht ihr wahrscheinlich ein kompletter "Werkzeugkasten" mit vielen hundert Korrektur-Enzymen zur Verfügung. Möglicherweise gibt es sogar für jeden Fehler ein eigenes Werkzeug.

Mitochondrien zählen zu den Organellen. Das sind Zellbestandteile, die - ähnlich wie im größeren Stil Organe - spezielle Aufgaben übernehmen. So erzeugen Mitochondrien das energiereiche Molekül ATP. Sie werden daher oft auch als "Zellkraftwerke" bezeichnet.

Mitochondrien sind vor mehr als einer Milliarde Jahren aus Bakterien entstanden, die von höheren Zellen aufgenommen wurden. Für diese Endosymbiontentheorie spricht unter anderem, dass die Zellkraftwerke über eine eigene DNA verfügen. "Das Erbgut pflanzlicher Mitochondrien ist dabei häufig viel exotischer aufgebaut als das von Tieren", erklärt Felix Grewe vom Institut für Zelluläre und Molekulare Botanik. "Das ist auch im urtümlichen Brachsenkraut, Isoetes engelmannii, nicht anders."

Die Bonner Botaniker haben das Erbgut der Zellkraftwerke von Isoetes genauer unter die Lupe genommen. Dabei haben sie unter anderem entdeckt, dass die Erbanlagen mehr als 1.500 Fehler enthalten. Das scheint die Pflanze aber nicht weiter zu stören: Die Fehler werden nämlich bei Bedarf korrigiert - und zwar durch einen Satz von vielen hundert spezialisierten Werkzeugen.

Im Grunde genommen ist DNA nichts anderes als eine Art Bibliothek, deren Originalschriften viel zu wichtig sind, als dass man sie verleihen würde. Wer Informationen benötigt, kann jedoch eine Kopie bestellen. Diese enthält dann beispielsweise die Bauanleitung für ein spezielles Protein. In Isoetes ist der Original-Bibliotheksbestand an 1.500 Stellen fehlerhaft. Würde man die Bauanleitungen ungeprüft übernehmen, würden die danach konstruierten Proteine wahrscheinlich gar nicht oder nur schlecht funktionieren. Es gibt aber molekulare "Korrekturleser", die die Fehler berichtigen - allerdings nur in den Kopien. "Möglicherweise gibt es für jeden einzelnen Fehler ein spezialisiertes Molekül, das ihn korrigiert", erklärt Institutsleiter Professor Dr. Volker Knoop.

Letztlich bedeutet das nichts anderes, als dass die korrekte Information in Form dieser Moleküle (deren Bauanleitung ebenfalls Teil der DNA ist) gespeichert ist. Dieses sehr komplexe Prinzip kennt man inzwischen von einigen Pflanzen. Nirgendwo ist es aber so ausufernd anzutreffen wie beim Brachsenkraut. "So eine Korrekturmethode ist naturgemäß sehr fehleranfällig", sagt Knoop. "Das wirft die Frage auf, warum sie sich in Isoetes - und nicht nur dort - bis heute erhalten hat."

Kopien setzen sich selbst zusammen

Eine weitere Entdeckung elektrisierte die Forscher fast noch mehr. Die kopierten Bauanleitungen enthalten nämlich jede Menge "Datenmüll", die so genannten Introns. Diese müssen herausgeschnitten werden, bevor der Rest als Vorlage zur Protein-Produktion verwendet werden kann. Auch beim Menschen werden die "Arbeitskopien" entsprechend nachbearbeitet.

Manche Kopien können ihre Introns sogar selbst entsorgen - sie sind gewissermaßen ihre eigene Schere. Im Brachsenkraut fanden die Bonner Botaniker nun einen noch exotischeren Mechanismus: Dort ist die Bauanleitung eines bestimmten Proteins im Laufe der Evolution innerhalb eines Introns zerbrochen. Um dieses Protein herzustellen, muss man also zwei verschiedene Kopien aus der Bibliothek ausleihen. Beide Kopien enden mit einer Intronhälfte, die herausgeschnitten werden muss. Die beiden Reste müssen dann noch passend zusammengeklebt werden, damit die Bauanleitung komplett ist.

Das hört sich ziemlich komplex an. Und dennoch scheinen die beiden Kopien dafür nicht einmal fremde Hilfe zu benötigen. Hand in Hand arbeiten sie wie Schere und Klebstoff: Sie entfernen den Datenmüll und verknüpfen den Rest zu einer lesbaren Kopie, die die komplette Bauanleitung des Proteins enthält. Das Phänomen nennt sich "trans-spleißen" und wurde für diese Art von Introns zum ersten Mal nachgewiesen. Felix Grewe, der über Isoetes seine Doktorarbeit schreibt: "Das es ein interessantes Thema sein würde, war mir klar - mit so vielen molekularen Neuigkeiten hatten wir aber nicht gerechnet." Volker Knoop ergänzt: "Und es bleibt spannend: Warum die DNA-Evolution in den Mitochondrien bei Pflanzen in den letzten 500 Millionen Jahren so exotisch und ganz anders verlief als bei Tieren, wissen wir noch nicht."

Die Studie ist in der Zeitschrift "Nucleic Acids Research" erschienen.

Kontakt:
Professor Dr. Volker Knoop
Institut für Zelluläre und Molekulare Botanik der Uni Bonn
Telefon: 0228/73-6466
E-Mail: volker.knoop@uni-bonn.de
Felix Grewe
Telefon: 0228/73-5507
E-Mail: mail@felixgrewe.de

Frank Luerweg | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher beschreiben neuartigen Antikörper als möglichen Wirkstoff gegen Alzheimer
22.08.2017 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

nachricht Virus mit Eierschale
22.08.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Körperenergie als Stromquelle

22.08.2017 | Energie und Elektrotechnik

Ein Quantenlineal für Biomoleküle

22.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Prostatakrebs: Bluttest sagt Tumorresistenz vorher

22.08.2017 | Biowissenschaften Chemie