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Proteinmutation verringert selektiv die Aufnahme von Cäsium in Pflanzen

01.07.2013
Der Verlust des Membranproteins Sec22 führt dazu, dass Hefe- und Pflanzenzellen geringere Mengen potenziell gefährdender Cäsium-Ionen anreichern, ohne die Aufnahme des essenziellen Kaliums zu stören. Zu diesem Ergebnis kommen Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München in ihrer aktuellen Publikation in der Fachzeitschrift ‚Nature Communications‘.
Cäsium-Ionen sind den essenziellen Kalium-Ionen in ihrer chemischen Struktur sehr ähnlich und werden daher über den gleichen Transportmechanismus in die Zelle geschleust. Dies ist dann problematisch, wenn Cäsium-Ionen als radioaktive Isotope vorliegen und dadurch in die Nahrungskette gelangen.

Bislang war es nicht möglich, die Aufnahme dieser beiden Ionen selektiv zu beeinflussen. Die Wissenschaftler um Dr. Stephan Dräxl und PD Dr. Anton Schäffner vom Helmholtz Zentrum München (HMGU) sowie Prof. Dr. Johannes Müller von der Technischen Universität München (TUM) haben nun entdeckt, dass eine genetische Veränderung des Membranproteins Sec22 dazu führt, dass weniger Cäsium in die Zelle gelangt, der Kalium-Import jedoch ungestört bleibt. Sec22 ist Teil der intrazellulären Proteintransportmaschinerie und wurde bislang nur indirekt mit dem Ionenhaushalt in Verbindung gebracht. Die Zelle erhält durch den Verlust von Sec22 die Fähigkeit zwischen den beiden Ionen zu unterschieden. Diese Beobachtung machten die Wissenschaftler zunächst an Hefekulturen und konnten sie anschließend auf die Modellpflanze Arabidopsis thaliana übertragen.

In ihren weiteren Untersuchungen wollen die Wissenschaftler nun die durch Sec22 gesteuerten Proteine und molekularen Prozesse entschlüsseln und ihre Erkenntnisse auch an Nutzpflanzen testen. „Die Sec22-Mutante bietet vor allem die Möglichkeit, die überraschende Unterscheidung der sehr ähnlichen Cäsium- und Kalium-Ionen durch die Zelle zu verstehen. Wenn die Erkenntnisse auch auf Nutzpflanzen übertragbar wären, könnte man dies auch für eine gezielte Verringerung der (Radio-)Cäsium Aufnahme nutzbar machen“, sagt Schäffner vom Institut für Biochemische Pflanzenpathologie (BIOP). Neben BIOP waren am HMGU das Institut für Strahlenschutz (ISS), die Abteilung Medizinische Strahlenphysik und Diagnostik (AMSD) und das Institute of Computational Biology (ICB) sowie das Center for Mathematical Sciences der TUM an der Forschungsarbeit beteiligt.

Weitere Informationen

Original-Publikation:
Dräxl, S. et al. (2013): Caesium accumulation in yeast and plants is selectively repressed by loss of the SNARE Sec22p/SEC22. doi: 10.1038/ncomms3092

Link zur Fachpublikation: http://www.nature.com/ncomms/2013/130701/ncomms3092/full/ncomms3092.html

Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.100 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 34.000 Beschäftigten angehören. www.helmholtz-muenchen.de
Der Schwerpunkt der Forschungsarbeit des Instituts für Biochemische Pflanzenpathologie liegt auf der Untersuchung molekularer Mechanismen, die Pflanzen nutzen, um sich an ihre Umgebung anzupassen. Dazu gehören genetische und biochemische Prozesse, die Wachstum, physiologischen Zustand und Abwehrmechanismen der Pflanzen steuern. Ziel der Forschung ist es, die Grundlagen und Mechanismen der Interaktion zwischen Pflanzen und ihrer Umwelt besser zu verstehen und nachhaltige Strategien für den Anbau und die Nutzung von Pflanzen zum Schutz der natürlichen Ressourcen zu entwickeln.

Das Institut für Strahlenschutz erarbeitet Grundlagen zur Erfassung beruflicher, medizinischer und umweltbedingter Strahlenexpositionen, analysiert Strahlenrisiken für Krebs und Herz-Kreislauferkrankungen und veranstaltet Strahlenschutz-Fortbildungskurse. Ziel ist es, durch innovative Verfahren das Verständnis von Strahlenwirkungen zu verbessern und zur Optimierung von Strahlenanwendungen in Industrie und Medizin beizutragen. Das ISS gehört dem Department of Radiation Sciences (DRS) an.

Ziel der Abteilung medizinische Strahlenphysik und Diagnostik ist der Schutz der Bevölkerung vor ionisierender Strahlung, insbesondere der durch den Menschen verursachten Strahlung. Dazu arbeitet die Abteilung vor allem daran, die menschliche Strahlenbelastung zu reduzieren. Es werden die Quellen interner sowie externer Strahlung und die Grundlagen und Anwendung medizinischer Technologien erforscht. Diese Basis bietet die Möglichkeit, künftig das Verhältnis von angewandter Strahlendosis und diagnostischen bzw. medizinischem Ergebnis zu verbessern. Darüber hinaus arbeitet die Abteilung an der Entwicklung neuer, innovativer medizinischer Technologien. Die AMSD gehört dem Department of Radiation Sciences (DRS) an.

Das Institut für Computational Biology führt datenbasierte Analysen biologischer Systeme durch. Durch die Entwicklung und Anwendung bioinformatischer Methoden werden Modelle zur Beschreibung molekularer Prozesse in biologischen Systemen erarbeitet. Ziel ist es, innovative Konzepte bereitzustellen, um das Verständnis und die Behandlung von Volkskrankheiten zu verbessern.


Ansprechpartner für die Medien
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Fachlicher Ansprechpartner
PD Dr. Anton Schäffner, Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Institut für Biochemische Pflanzenpathologie, Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Neuherberg - Tel.: 089-3187-2930 - E-Mail: schaeffner@helmholtz-muenchen.de

Links: A. thaliana mit Sec22-Mutante, die Pflanze zeigt einen unauffälligen Phänotyp. Rechts: Hefezellen mit fluoreszenzmarkierten Vakuolen. In der Mutante wird dort deutlich weniger Cäsium eingelagert.


Bild: Helmholtz Zentrum München

Link zur Fachpublikation: http://www.nature.com/ncomms/2013/130701/ncomms3092/full/ncomms3092.html

Helmholtz Zentrum München:
http://www.helmholtz-muenchen.de

Susanne Eichacker | Helmholtz Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-muenchen.de

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