Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Photosynthese stammt aus unverdauten Bakterien

08.09.2017

Die Fähigkeit zur Photosynthese haben höhere Zellen einst bekommen, indem sie sich Cyanobakterien einverleibten und sie zu eigenen Zellorganellen, so genannte Plastiden, umwandelten. Wie dies genau vonstattenging, untersuchte eine Arbeitsgruppe um Dr. Eva Nowack am Department Biologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) an der Amöbe Paulinella chromatophora. Die Ergebnisse wurden heute in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht.

Zellen bedienen sich der Photosynthese, um mithilfe von Sonnenlicht energiereiche Zucker aus energiearmen anorganischen Molekülen herzustellen. Dieser Prozess geschieht in den photosynthetischen Organellen von Pflanzen und Algen, den Plastiden. Diese wiederum entstanden vor mehr als 1,5 Milliarden Jahren, indem eine Wirtszelle ein zur Photosynthese fähiges Cyanobakterium in sich aufnahm. Ähnlich bildeten sich vor rund zwei Milliarden Jahren auch die Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle.


Mikroskopische Aufnahme von Paulinella chromatophora. Die Chromatophoren sind als grüne, wurstförmige Strukturen zu erkennen.

Foto: Anna Singer / HHU

Was geschah vor 1,5 Milliarden Jahren mit dem Cyanobakterium? Offensichtlich verdaute die aufnehmende Zelle das Beutebakterium nicht, sondern erhielt es am Leben und verband sich symbiotisch mit ihm. Dies ging schließlich so weit, dass das Bakterium einen Großteil des eigenen Erbguts verlor und Teile davon in den Zellkern der Wirtszelle transferierte. Die Wirtszelle übernahm es nun, die Information dieser Gene auszulesen und daraus Proteine zu synthetisieren, die in die Plastiden importiert werden und für deren Aufbau und Funktion essentiell sind.

Die Düsseldorfer Biologen um Dr. Eva Nowack rekonstruierten zusammen mit Marburger Kollegen die evolutiven Prozesse, die zur Integration der Plastiden in die Wirtszelle führten. Schwierig war dabei, dass dies schon vor sehr langer Zeit geschah. Ihnen kam aber die Amöbe Paulinella chromatophora zur Hilfe: Denn ihre photosynthetischen Organellen – die so genannten Chromatophoren – bildeten sich erst vor rund 100 Millionen Jahren aus. Die Chromatophoren weisen Eigenschaften auf, die sie als Zwischenstadium zwischen Cyanobakterien und Plastiden charakterisieren.

In einer Veröffentlichung in Current Biology zeigen die Wissenschaftler, dass die Chromatophoren in Paulinella chromatophora trotz ihrer (evolutionär) kürzlichen Integration bereits hunderte Proteine importierten, die im Zellkern der Amöbe kodiert und von ihr synthetisiert werden.

Bei langen (mit mehr als 200 Aminosäurebausteinen) importierten Proteinen – von denen viele Stoffwechselfunktionen ausüben – fanden die Forscher eine wichtige Besonderheit. Sie weisen eine Signalsequenz auf, die sie vermutlich für den Import ins Chromatophor markiert. Diese Sequenz ist quasi der Schlüssel, mit dem die Proteine die Hülle überwinden können, die das Chromatophor vom Rest des Zellinnern trennt.

Das Chromatophoren-Importsignal unterscheidet sich stark von den Signalen, die in Pflanzenzellen den Import von Proteinen in die dortigen Plastiden steuern. Dennoch ist es möglich, mittels des Chromatophoren-Importsignals Proteine auch in Plastiden zu schleusen. Dazu hefteten die Forscher das Chromatophoren-Importsignal an spezielle leuchtende Proteine und stellten fest, dass die so präparierten Proteine von Plastiden in Tabakpflanzen aufgenommen wurden. Dies legt nahe, dass sich der Proteinimportmechanismus in Chromatophoren und in Plastiden gemeinsamer erhalten gebliebener Elemente aus Cyanobakterien und der Wirtszellen bedient.

Dr. Nowack, Leiterin der Emmy Noether-Gruppe „Microbial Symbiosis and Organelle Evolution“ an der HHU, weist auf ein weiteres bemerkenswertes Ergebnis hin: „Die wenigsten Proteine, die in das Chromatophor importiert werden, stammen von dessen cyanobakteriellem Vorgänger. Sie kommen vielmehr größtenteils von der Wirtszelle, teilweise aber auch von anderen ‚Beutebakterien‘."

Proteine aus unterschiedlichen Quellen wurden also während der Etablierung des Chromatophors gemischt. Auch deshalb kann es so schwer sein, den evolutionären Ursprung verschiedener Zellorganellen zu entschlüsseln.

Originalpublikation:

A. Singer, G. Poschmann, C. Mühlich, C. Valadez-Cano, S. Hänsch, V. Hüren, S. A. Rensing, K. Stühler & E. C. M. Nowack, Massive protein import into the early-evolutionary-stage photosynthetic organelle of the amoeba Paulinella chromatophora, Current Biology 27, 1–11, September 25, 2017.

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2017.08.010

Carolin Grape | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.hhu.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren
16.11.2018 | Universität Bayreuth

nachricht Günstiger Katalysator für das CO2-Recycling
16.11.2018 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Im Focus: UNH scientists help provide first-ever views of elusive energy explosion

Researchers at the University of New Hampshire have captured a difficult-to-view singular event involving "magnetic reconnection"--the process by which sparse particles and energy around Earth collide producing a quick but mighty explosion--in the Earth's magnetotail, the magnetic environment that trails behind the planet.

Magnetic reconnection has remained a bit of a mystery to scientists. They know it exists and have documented the effects that the energy explosions can...

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Kalikokrebse: Erste Fachtagung zu hochinvasiver Tierart

16.11.2018 | Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Mikroplastik in Kosmetik

16.11.2018 | Studien Analysen

Neue Materialien – Wie Polymerpelze selbstorganisiert wachsen

16.11.2018 | Materialwissenschaften

Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren

16.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics