Cyanobakterien sind klein, häufig von grün-blauer Farbe und für uns
Menschen nützlich. Sie sind überall: in Flüssen, Seen, Pfützen, dem
Ozean, aber auch in Wüsten und arktischen Regionen zu finden. Genau wie
höhere Pflanzen sind Cyanobakterien zur Photosynthese befähigt, das
heißt sie entnehmen der Atmosphäre den Klimakiller CO2 und stellen
daraus organische Stoffe her. Als Beiprodukt entsteht Sauerstoff für
die Atmung des Menschen.
Einer Gruppe um Prof. Wolfgang Hess von der Universität Freiburg und
Dr. Annegret Wilde von der Humboldt-Universität Berlin ist jetzt in der
Regulation des Bakterienerbguts eine überraschende Entdeckung gelungen,
die in der April-Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift "Proceedings
of the National Academy of Sciences" (PNAS, 24. April 2006)
veröffentlicht worden ist.
Molekularer Schalter für den Energiestoffwechsel entdeckt
Wie bei allen Lebewesen besteht das genetische Material der
Cyanobakterien aus DNA, organisiert in Gestalt der so genannten
Doppelhelix. Die Gene, die Träger der Erbanlagen, finden sich auf
beiden Strängen dieser Doppelhelix. Normalerweise liegen diese niemals
direkt einander gegenüber, sondern immer nur versetzt oder bestenfalls
ein sehr kurzes Stück überlappend. Das deutsche Forschterteam fand in
dem Cyanobakterium Synechocystis ein kleines Gen, das einem anderen,
größeren Gen direkt gegenüber liegt, sozusagen ein verschachteltes Gen,
oder, wie es der Biologe sagen würde, ein Gen umgekehrter Orientierung
auf dem Gegenstrang der DNA. Doch es handelt sich bei dem größeren Gen
nicht um irgendein Gen. Das Gen-Produkt spielt eine wichtige Rolle in
der Photosynthese unter Stressbedingungen. Es wird nur aktiviert wenn
das Cyanobakterium unter Stress steht, zum Beispiel an Eisenmangel
leidet. Genaktivierung bedeutet, dass das Gen abgelesen wird, dabei
entsteht eine Boten-RNA, die an die sogenannten Ribosomen, die
Proteinfabriken der Zelle weitergeleitet wird. Nun wird RNA aber auch
vom gegenüberliegenden kleineren Gen umgekehrter Orientierung gebildet.
Deshalb war die nächste Frage, was passiert, wenn diese beiden Moleküle
in der Zelle zusammentreffen?
Hess und Wilde haben genau diesen Fall des Zusammentreffens beider
RNA-Moleküle untersucht. Da diese vom selben Abschnitt der
DNA-Doppelhelix stammen, bilden auch diese RNAs eine
Doppelstrangstruktur aus. Dieses Zusammentreffen wirkt jedoch
destabilisierend, im Ergebnis kommt es zu einem zielgenauen Abbau
beider RNA-Moleküle. Dieser Abbau verhindert eine vorzeitige
Aktivierung des größeren Photosynthesegens. Da dessen Produkt sowohl
direkt an der Sammlung der Sonnenergie als auch am Schutz vor zuviel
Licht beteiligt ist, kann durch eine sehr präzise Steuerung
sichergestellt werden, dass die Zelle immer nur so viel Energie erhält,
wie sie gerade benötigt. Damit wurde das kleine Gen als Ursprung einer
regulatorischen RNA charakterisiert. Beide RNAs zusammen stellen so
etwas wie einen molekularen Schalter dar, durch den ein wichtiger Teil
des Energiestoffwechsels der Zelle gesteuert wird. Solche Schalter
kannte man bisher noch nicht. Es ist sehr wahrscheinlich, dass sie
nicht nur in Cyanobakterien, sondern auch in vielen anderen Organismen
vorkommen. Die Wissenschaftler kennen bereits Hunderte von
regulatorischen RNA-Molekülen, die jedoch nicht vom DNA-Gegenstrang
anderer Gene stammen.
Kontakt:
Dr. Wolfgang R. Hess
Experimentelle Bioinformatik
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel. +49-(0)761-2032796
FAX: +49-(0)761-203-6996
Email:
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http://www.cyanolab.de/
(Quelle: IdW 2006)
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