Viren unterstützen Fotosynthese bei Bakterien – Vorteil in der Evolution?

Der Komplex zwischen Virus-Protein und Bakterien-Farbstoff ist äußerst stabil und fluoresziert sehr stark, wie in den Proben zu sehen ist. Foto: AG Frankenberg-Dinkel

Forscher der Technischen Universität (TU) Kaiserslautern und der Ruhr-Universität Bochum haben die Struktur eines solchen Proteins genauer analysiert. Es scheint die Fotosynthese der Mikroorganismen zu unterstützen. Die Studie wurde jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „The Journal of Biological Chemistry“ veröffentlicht.

Gemeinsame Pressemeldung der Technischen Universität Kaiserslautern und der Ruhr-Universität Bochum

Wenn Viren eine Zelle infizieren, nutzen sie diese als Fabrik, um sich selbst zu vervielfältigen. „Sie missbrauchen die Bakterien, um neue Virusproteine zu produzieren“, sagt Mikrobiologie-Professorin Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel von der TU Kaiserslautern.

„Auf diese Weise entstehen neue Viren, die in der Wirtszelle zusammengesetzt werden.“ In ihrer DNA tragen die Bakteriophagen darüber hinaus metabolische Hilfsgene. „Sie sind für die Produktion verschiedener Proteine verantwortlich. Diese scheinen dem Virus einen Vorteil zu verschaffen, zum Beispiel in dem sie den Stoffwechsel des infizierten Bakteriums ankurbeln“, so Professor Dr. Eckhard Hofmann, der an der Ruhr-Universität Bochum die Arbeitsgruppe Röntgenstrukturanalyse an Proteinen leitet.

In der aktuellen Studie haben sich die Forscher auf Bakteriophagen konzentriert, die Blaualgen, auch als Cyanobakterien bekannt, befallen. Im Fokus ihrer Arbeit stand ein bestimmtes Protein, dessen Struktur sie unter anderem genau analysiert haben.

„Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass es eine wichtige Rolle beim Zusammenbau der Lichtsammelkomplexe der Wirtsbakterien spielt“, so Frankenberg-Dinkel. Mit diesen Komplexen sammeln die Mikroorganismen die Energie des Sonnenlichts ein. Wie auch Pflanzen betreiben sie Fotosynthese, bei der sie mithilfe von Lichtenergie aus Kohlendioxid und Wasser Kohlenhydrate und Sauerstoff bilden. „Diese Lichtsammelfallen bestehen aus Proteinen und Farbpigmenten“, fährt die Kaiserslauterer Professorin fort. Bei den Blaualgen ist hier unter anderem ein rosa Farbstoff (Phycoerythrobilin) von Bedeutung.

Das Team um Frankenberg-Dinkel und Hofmann hat nachgewiesen, dass das Virus-Protein („Phycobiliprotein Lyase CpeT“) den Farbstoff bindet. Außerdem hat es festgestellt, dass die Bindung zwischen Virus-Protein und Bakterien-Farbstoff äußerst stabil ist. „Unter dem Mikroskop haben wir zudem gesehen, dass der Komplex sehr stark fluoresziert“, so Frankenberg-Dinkel weiter.

Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass das virale Protein den Zusammenbau der Lichtsammelkomplexe fördert. „Dadurch haben die Viren einen evolutionären Vorteil“, sagt Frankenberg-Dinkel. „Sie gewährleisten eine hohe Fotosynthese-Rate der Bakterien während der Infektion, sodass genügend Energie für die Produktion neuer Viren vorhanden ist.“

Dieser Mechanismus ist weit verbreitet bei Viren, die Blaualgen befallen. Allerdings müssen weitere Studien klären, warum die Genome der Viren nur ausgewählte metabolische Hilfsgene tragen. Bakteriophagen zählen zu den am weitesten verbreiteten biologischen Partikeln auf der Erde. Sie werden nicht den Lebewesen zugerechnet. In den vergangenen Jahren haben Wissenschaftler viele neue Bakteriophagen gefunden. Sie zu erforschen, wird wichtige Erkenntnisse über ihre biologische Funktion bringen.

Die Studie wurde jetzt in der Fachzeitschrift „The Journal of Biological Chemistry“ als Titelgeschichte veröffentlicht: „Distinct Features of Cyanophage-encoded T-type Phycobiliprotein Lyase CpeT“
DOI: 10.1074/jbc.M116.769703

Förderung:
Die Arbeiten wurden gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Europäischen Union im Ziel2.NRW Science-to-Business-Programm.

Fragen beantworten:
Prof. Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel
TU Kaiserslautern
Fachbereich Biologie, Abteilung Mikrobiologie
E-Mail: nfranken[at]bio.uni-kl.de
Tel.: 0631 205-2353

Prof. Dr. Eckhard Hofmann
Ruhr-Universität Bochum
Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Arbeitsgruppe Röntgenstrukturanalyse an Proteinen
E-Mail: Eckhard.Hofmann[at]bph.rub.de
Tel.: 0234 32-24463

Media Contact

Katrin Müller Technische Universität Kaiserslautern

Weitere Informationen:

http://www.uni-kl.de

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie

Der innovations-report bietet im Bereich der "Life Sciences" Berichte und Artikel über Anwendungen und wissenschaftliche Erkenntnisse der modernen Biologie, der Chemie und der Humanmedizin.

Unter anderem finden Sie Wissenswertes aus den Teilbereichen: Bakteriologie, Biochemie, Bionik, Bioinformatik, Biophysik, Biotechnologie, Genetik, Geobotanik, Humanbiologie, Meeresbiologie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Zellbiologie, Zoologie, Bioanorganische Chemie, Mikrochemie und Umweltchemie.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

KI-basierte Software in der Mammographie

Eine neue Software unterstützt Medizinerinnen und Mediziner, Brustkrebs im frühen Stadium zu entdecken. // Die KI-basierte Mammographie steht allen Patientinnen zur Verfügung und erhöht ihre Überlebenschance. Am Universitätsklinikum Carl Gustav…

Mit integriertem Licht zu den Computern der Zukunft

Während Computerchips Jahr für Jahr kleiner und schneller werden, bleibt bisher eine Herausforderung ungelöst: Das Zusammenbringen von Elektronik und Photonik auf einem einzigen Chip. Zwar gibt es Bauteile wie MikroLEDs…

Antibiotika: Gleicher Angriffspunkt – unterschiedliche Wirkung

Neue antimikrobielle Strategien sind dringend erforderlich, um Krankheitserreger einzudämmen. Das gilt insbesondere für Gram-negative Bakterien, die durch eine dicke zweite Membran vor dem Angriff von Antibiotika geschützt sind. Mikrobiologinnen und…

Partner & Förderer