Doppelt effizientes Protein in Viren entdeckt

Einem deutsch-amerikanischen Forscherteam ist es gelungen, Licht in das Geheimnis von Cyanobakterien zu bringen. Dabei haben sie entdeckt, dass eine Bakteriengattung trotz ihrer Fähigkeit zur Photosynthese die Fähigkeit hat, einen Farbstoff zur Pigmentherstellung herzustellen. Ein Virus, der das Bakterium befällt, brachte die Biologen auf eine heiße Spur. Dabei konnten die Forscher ein doppelt effizientes Protein in Viren ausmachen, berichten sie im Wissenschaftsmagazin Current Biology.

Cyanobakterien kommen in großen Mengen in Gewässern und Meeren vor und spielen durch ihre Fähigkeit zur Photosynthese im globalen Kohlenstoffkreislauf eine wichtige Rolle. Cyanobakterien der Gattung Prochlorococcus fangen Licht mittels Chlorophyll und nicht mit so genannten Phycobilisomen. Den roten Farbstoff Phycoerythrobilin, den andere Gattungen dazu brauchen, haben sie nicht nötig, dennoch können sie ihn herstellen. Die Bedeutung des Pigmentstoffs war den Forschern bisher ein Rätsel. Die beiden Wissenschaftlerinnen Nicole Frankenberg-Dinkel von der Fakultät für Biologie und Biotechnologie an der RUB-Bochum und Penny Chisholm vom Massachusetts Institute of Technology MIT in Boston haben einen Lösungshinweis in einem Virus entdeckt, der die Cyanobakterien befällt: Das Virus besitzt ein Enzym, das den Farbstoff sogar doppelt so effizient herstellen kann wie das Bakterium selbst. „Da Viren ihre Wirte möglichst lange am Leben halten wollen, um ihr Erbgut effizient vermehren zu lassen, muss der Farbstoff für das Bakterium von essentieller Bedeutung sein“, schließt Frankenberg-Dinkel.

Das verblüffende an den Prochlorococcus ist, dass sie trotz dieser Fähigkeiten Überbleibsel der Phycobilisom-Einheiten in Form von Proteinen besitzen. Zusätzlich findet man eine komplette Maschinerie, um die roten und blauen Pigmente herzustellen. „Über die Funktion dieser Überbleibsel kann man derzeit nur spekulieren“, meint die Biologin, die allerdings ausschließt, dass dies nutzlos sei. Zum einen ist das Genom der Bakterien so klein, dass vermutlich kein Ballast mitgeschleppt wird, zum anderen entdeckten die Forscher ein neues Gen, das die Baupläne zur Herstellung des roten Farbstoffes enthält. Genauere Untersuchungen des von diesem Gen kodierten Proteins ergaben, dass es mehrere Schritte der Pigmentbiosynthese katalysiert, für die in Wirtszellen zwei verschiedene Enzyme benötigt werden. Detaillierte Auswertungen von DNA-Sequenzen aus Umweltproben zeigten, dass das neu entdeckte Gen verbreitet in wilden Bakteriophagenpopulationen zu finden ist, nicht jedoch in Wirts-Cyanobakterien.

Die Forscher werden nun das Enzym näher untersuchen, um seiner evolutionären Entstehung auf den Grund zu gehen und zu klären, wie es funktionieren kann, dass ein Enzym die Funktionen von zweien übernehmen kann.