Molekulare Evolutionsforschung: Urzeitorganismen übertragen DNA-Codes anders

Einige urzeitliche Einzeller verfügen über außergewöhnliche Strategien, um ihren Zellaufbau und ihren Stoffwechsel zu steuern. Sie nutzen dazu die Transfer-RNA (tRNA) anders als höher entwickelte Lebewesen. Das haben Forscher der Yale-University und der Technischen Universität Braunschweig jetzt herausgefunden (SCIENCE vom 25. März 2005: „RNA-Dependent Cysteine Biosynthesis in Archaea“). Die Erkenntnisse widerlegen die These, dass Proteine in allen Organismen immer aus bereits fertigen, an tRNA gebundenen Aminosäuren entsprechend der genetischen Information der DNA aufgebaut werden.

Die tRNA hat in allen Organismen die Aufgabe, eine Abschrift der Erbinformationen der Gene „auszulesen“ und nach deren Anweisung die späteren Funktionsträger, die Proteine, der Zelle zusammenzusetzen. Sie ist dafür zuständig, die spezifischen Bausteine dieser Proteine, die Aminosäuren, zu binden und korrekt anzuordnen. So kann der Körper jene Proteine bilden, die zum Bau und zum Funktionieren von Zellen notwendig sind.

Mikrobiologen von der Yale University und aus Braunschweig hatten beobachtet, dass einigen Archaea, wie Methanocaldococcus jannaschii, ein für die Proteinbiosynthese entscheidendes Enzym fehlt. Eigentlich könnten diese Einzeller eine unverzichtbare Aminosäure nicht an ihrer zugehörigen tRNA befestigen. Mit Hilfe der Bioinformatik kamen die Wissenschaftler dem biologischen Trick dieser Organismen auf die Spur.

Diese binden nämlich ein der Aminosäure ähnliches Molekül mittels eines neuartigen Enzyms an die tRNA und wandeln diesen Baustein auf der tRNA in die richtige Aminosäure um. Der gleiche Schritt wird auch zur Biosynthese der Aminosäure für andere zelluläre Funktionen im Stoffwechsel genutzt. Mit dieser Abkürzung schlagen die Organismen zwei Fliegen mit einer Klappe. Man glaubt, aus den Befunden Erkenntnisse zur ursprünglichen Entwicklung der zellulären Maschinerie zur Bildung von Proteinen ableiten zu können.

Die tRNA arbeitet also in Metanocaldococcus jannaschii noch wie ein „Häuslebauer“ aus der Vorzeit. Vielseitig begabt, setzt er sein Haus nicht aus fertigen Bausteinen nach Anleitung zusammen, sondern stellt sie zuvor aus verschiedenen Materialien erst her und kann die Nebenprodukte später auch noch zum Heizen verwenden.

Nähere Informationen erteilt

Prof. Dr. Dieter Jahn
Institut für Mikrobiologie der Technischen Universität Braunschweig
d.jahn@tu-braunschweig.de
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