Mit Biomathematik der Kaliumregulierung bei Pilzen auf der Spur

Kalium ist überlebenswichtig für alle Organismen. Im menschlichen Körper führt Kaliummangel (Hypokaliämie) zu drastischen Störungen der Nerven- und Muskelfunktion. Aber auch für Pflanzen und Mikroorganismen wie Bakterien oder Pilze ist Kalium essentiell.

Eine zu geringe Konzentration von Kalium führt zum Absterben von Zellen. Allerdings sind insbesondere Mikroorganismen in der Lage, unter wechselnden Umgebungsbedingungen zu überleben, was unter anderem auch die Stabilisierung ihres Kaliumhaushaltes voraussetzt.

Die Biomathematiker Matthias Kahm und Professor Dr. Maik Kschischo der Fachhhochschule Koblenz (Campus Remagen) haben im Rahmen des internationalen Forschungsprojektes Translucent / SysMO nun ein mathematisches Modell für die Regulation von Kalium in Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) entwickelt. Bäckerhefe spielt eine wesentliche Rolle in der biologischen Forschung, da Experimente leicht und kostengünstig durchgeführt und trotzdem wichtige Rückschlüsse auf andere Organismen gezogen werden können.

In Zusammenarbeit mit experimentell arbeitenden Wissenschaftlern konnten die Remagener Forscher die wesentliche Mechanismen zur Regulation des Kaliumhaushaltes einer Zelle vorhersagen. Ihre Prognose, dass die Aktivierung des Protonentransportes und der Bikarbonatreaktion wesentlich für das Überleben unter Kaliummangel ist, konnte experimentell bestätigt werden.

Bäckerhefe spielt eine wesentliche Rolle in der biologischen Forschung, weil Experimente leicht und kostengünstig durchgeführt und trotzdem wichtige Rückschlüsse auf andere Organismen gezogen werden können.

Diese Erkenntnisse eröffnen eine neue Sicht auf die komplexen Zusammenhänge bei der Regulation von Kalium in Hefen und anderen Pilzen, welche potentiell auch auf Pflanzen übertragbar ist. Langfristig könnten die Forschungsergebnisse hilfreich bei der Behandlung von Pilzinfektionen oder für die Landwirtschaft sein. Für den Erfolg dieses Projekts war die enge Zusammarbeit der beiden Biomathematiker mit den experimentell arbeitenden Wissenschaftlern wesentlich, was typisch für das aufstrebende Forschungsgebiet der Systembiologie ist.

Referenz:
Potassium starvation in yeast: Mechanisms of homeostasis revealed by mathematical modeling.
Matthias Kahm, Clara Navarrete, Vicent Llopis − Torregrosa, Rito Herrera, Lina Barreto, Lynne Yenush, Joaquin Arino, Jose Ramos, Maik Kschischo

Erscheint in Kürze in PLOS Computational Biology http://www.ploscompbiol.org.