Mikrobiologen spüren
Anfang des Lebens auf
Bildung von Transfer-RNAs in Bakterium entdeckt
Wissenschaftlern der TU Braunschweig
http://www.tu-braunschweig.de und der Yale University ist der
Nachweis einer ungewöhnlichen Strategie der Kombination genetischer
Information gelungen. Beim Studium des Archaebakteriums Nanoarchaeum
equitans haben die Forscher einen bisher unbekannten Weg entdeckt,
zentrale zelluläre Nachrichtenüberträger zu bilden, die den Aufbau
von Zellen steuern. Die Ergebnisse lassen neue Schlussfolgerungen
über die Entstehung des Lebens zu, berichtet das
Wissenschaftsmagazin Nature
http://www.nature.com .
Der Parasit N. equitans, der auf Bakterien lebt, ist eines der
kleinsten bekannten Lebewesen. Er gehört zu den wenigen Organismen,
die sich trotz vieler Millionen Jahre der Evolution noch
Eigenschaften einer sehr ursprünglichen Lebensform erhalten haben
und daher Rückschlüsse auf die Entstehung ersten Lebens ermöglichen.
Bisher haben Wissenschaftler angenommen, dass eine Reihe von Genen,
die zur Bildung von so genannten Transfer-RNAs notwendig sind, in
den Genomsequenzen von N. equitans fehlen. Diese Transfer-RNAs sind
das Bindeglied zwischen der genetischen Information und den
eigentlichen Funktionsträgern einer Zelle, den Eiweißen. Die RNAs
sorgen dafür, dass die Bausteine der Eiweiße in der richtigen
Reihenfolge zusammengesetzt werden. Damit kommt diesen Bestandteilen
eine existenzielle Bedeutung für alle Lebewesen zu. Das
Wissenschaftsteam hat nun entdeckt, dass einige Transfer-RNAs in dem
winzigen Bakterium von zwei weit voneinander entfernt liegenden
Genen gleichsam in Form zweier Puzzlestücke gebildet und erst
anschließend zu einem Ganzen zusammengefügt werden.
Das Ergebnis stützt die These, dass eine Vielzahl von Transfer-RNAs
ursprünglich auf diese Weise gebildet wurde. So sollten bei der
Suche nach Transfer-RNA-Genen, die bisher noch nicht nachgewiesen
werden konnten, solche Puzzleeffekte jetzt berücksichtigt werden,
berichtet die TU-Braunschweig. |
Strahlenresistentes Bakterium enthüllt Verteidigungsstrategien
Deinococcus radiodurans überlebt durch ungewöhnliche Ringstruktur
Forscher des
israelischen Weizmann-Institutes
http://www.weizmann.ac.il haben entdeckt, was das Bakterium Deinococcus
radiodurans zum strahlenresistentesten Organismus der Welt macht: Die DNA der
Mikrobe liegt in Ringform dar. Diese ungewöhnliche DNA-Struktur lässt so das
Super-Bakterium eine tödliche Strahlung von 15.000 Gray (1,5 Mio. Rad)
überleben. Dies ist das 1000-Fache bzw. 3000-Fache der Strahlendosis, die für
die meisten anderen Lebensformen auf der Erde bzw. für den Menschen tödlich
ist. Aufgrund seines "gesunden Appetits" auf Strahlung wird das rote Bakterium
zum Abbau von nuklearem Müll eingesetzt.
Mit optischen und Elektronen-Mikroskopen beobachteten die Forscher unter der
Leitung von Avi Minsky, dass diese ungewöhnliche Ringstruktur des Bakteriums
die Wiederherstellung der durch die starke Strahlung zerstörten DNA-Sequenzen
unterstützt. Anders als andere Organismen, bei denen DNA-Teile aufgrund der
Strahlung verloren gehen, bleibt bei Deinococcus radiodurans durch die dicht
gepackte Ringstruktur die genetische Information am Platz. Die auseinander
gebrochenen DNA-Stücke gehen somit nicht verloren. Dies erleichtert es dem
Reparaturmechanismus des Bakteriums, die DNA-Fragmente wieder fehlerlos
zusammenzufügen.
Minsky und andere Forscherkollegen glauben, dass die Reaktion des Bakteriums
auf akute Stressbedingungen auf der Erde aufgrund der harten
Umweltbedingungen, in denen es sich ursprünglich entwickelt hat, resultiert.
Es ist eines der wenigen Lebensformen, das z.B. in extrem trockenen Regionen
vorkommt. Der einzigartige Verteidigungsmechanismus, der sich im Kampf gegen
die Austrocknung entwickelte, erwies sich vermutlich auch im Schutz vor
Strahlung als sinnvoll.
"Aller Wahrscheinlichkeit nach werden die neuen Erkenntnisse nicht zum
Strahlenschutz für Menschen führen", erklärte Minsky. Viel eher können sie zu
einem besseren Verständnis für den DNA-Schutz von Spermienzellen beitragen.
Auch bei diesen Zellen beobachteten Forscher eine ringartige DNA-Struktur.
Forscher entschlüsseln N-WASP Protein-Dialog
Mausmodell gibt Aufschluss über Bakterieninfektionen
Zellbiologen der Gesellschaft für Biotechnologische Forschung
http://www.gbf.de/ (GBF) und der
Universität Köln
http://www.uni-koeln.de haben die Funktion eines Proteins in
Säugetierzellen entschlüsselt, das verschiedene Krankheitserreger bei einer
Infektion missbrauchen: N-WASP. Mit Hilfe speziell gezüchteter Mäuse
erforschen sie derzeit den Protein-Dialog, der sich während einer bakteriellen
Infektion zwischen Wirtszelle und Erreger entspinnt.
Schon seit langem wurde über die Funktion des N-WASP-Proteins beim Aufbau
des Aktin-Skeletts der Zelle spekuliert. Aktin verhilft den Zellen einerseits
zu ihrer Form und Festigkeit, außerdem ist es für Transportvorgänge innerhalb
der Zelle oder die Ausbildung von "Zellfüßchen" verantwortlich. Im Verlauf
einer Infektion sind Bakterien in der Lage, die "Aktinmaschinerie" für sich
arbeiten zu lassen: So bewegen sich etwa die Erreger der Ruhr (Shigellen)
innerhalb der Zelle mit Hilfe von Aktinschweifen fort. Krankmachende
Darmbakterien (bestimmte E. coli-Stämme) lassen sich auf der Zelloberfläche
kleine Aktinpodeste errichten, auf denen sie thronen. Den Wissenschaftlern
gelang es nachzuweisen, dass diese Vorgänge ohne N-WASP nicht ablaufen können.
Üblicherweise werden in Mäusen relevante Gene bereits in der Eizelle
ausgeschaltet. Diesen "Knock-Out-Mäusen" fehlt dann das jeweilige Protein
während ihrer gesamten Entwicklung. Im Fall von N-WASP verfolgten die Forscher
eine andere Strategie: Das Gen blieb zunächst funktionstüchtig erhalten, wurde
jedoch von DNA-Erkennungssequenzen flankiert. Mit Hilfe dieser Sequenzen war
es möglich, die Bildung von N-WASP gezielt in einem Gewebe oder zu einem
bestimmten Zeitpunkt der Mausentwicklung auszuschalten. Darüber hinaus konnten
die Forscher aus den Mäusen Zelllinien entwickeln, die das Protein nicht
bilden können. Das ermöglichte ihnen schließlich die Analyse des
Infektionsmechanismus auf molekularer Ebene ohne Tierexperimente.
"Super"-Mikroben gegenüber Lösungsmitteln tolerant
Wirkmechanismus noch ungeklärt
Forscher der National University of Singapur (NUS)
http://www.nus.edu.sg haben
während routinemäßiger Untersuchungen zur biologischen Bodensanierung
Mikroorganismen entdeckt, die sich gegenüber organischen Lösungsmitteln als
ungewöhnlich tolerant erweisen. Die Mikroben könnten laut Forschungsleiter
Sanjay Swarup von der NSU künftig zur Reinigung von kontaminierten Flächen
sowie zur Klärung von industriellen Abwässer verwendet werden.
Die Mikroorganismen sind auch gegenüber oberflächenaktiven Substanzen
widerstandsfähig, die die Oberflächenspannung herabsetzen. Dadurch könnten sie
zur Reinigung von Ölteppichen benutzt werden. "Ist der zu Grunde liegende
Wirkmechanismus geklärt, können sie durch gentechnische Veränderung auch
kommerziell eingesetzt werden", erklärte Swarup. Bisher scheiterte die
Entwicklung von genmanipulierten Bakterien, die toxische Bestandteile
entfernen, aufgrund der zu geringen Toleranzgrenze der Mikroben. "Die
entdeckten Mikroorganismen haben gegenüber kontaminierten Umwelten eine um 70
Prozent höhere Toleranz als andere Mikroben", betonte Swarup. Derzeit
untersuchen die Biologen die Gene, die den Mikroben die hohe Toleranzgrenze
gegenüber Lösungsmitteln wie Benzol oder Toluol ermöglichen.
Die Forscher wollen im nächsten Schritt um Patente in den USA ansuchen,
obwohl die Produktentwicklung noch Jahre dauern wird. Diversa Corp.
http://www.diversa.com , ein
Biotechnologie-Unternehmen in San Diego, hat ebenfalls Bodenproben von
verschmutzten Mooren entnommen, um ähnliche "Super"-Mikroben zu finden.
Marine Mikroorganismen als Antibiotika-Ersatz
Wissenschaftler erforschen hypersaline Bassins im Mittelmeer
Seit Jahrmillionen unbehelligte Ökosysteme im Mittelmeer in 3.000
Meter Tiefe untersuchen derzeit Wissenschaftler der Gesellschaft für
Biotechnologische Forschung
http://www.gbf.de/ (GBF). Die Mikrobiologen hoffen, in den seltenen
Wasserproben Mikroorganismen zu finden, die als Überlebensspezialisten die
Antibiotika von morgen produzieren - bislang unbekannte Naturstoffe und Enzyme
für sanftere Medikamente. Gefördert wird das "Biodeep-Projekt" von der EU mit
rund drei Mio. Euro.
Infolge einer zeitweiligen Austrocknung des Mittelmeers lagerten sich Salze
am Meeresboden ab. Als das Becken schließlich neu überflutet wurde, lösten
sich die meisten Ablagerungen im Frischwasser - mit Ausnahme der so genannten
hypersalinen Bassins. In diesen Meeresboden-Wannen hat sich bis heute eine
30-prozentige Kochsalzlösung erhalten, die keinen Sauerstoff enthält und sich
nicht mit den oberen Wasserschichten vermischt. An der nur zwei bis drei Meter
messenden Grenzschicht zwischen der hochsalzigen Bassin-Lösung und dem
normalen Meerwasser (dreiprozentige Salzlösung) sammeln sich Pflanzen,
Plankton und auch Ölreste und bilden ein ganz eigenes Ökosystem.
Bakterien passen sich veränderten Bedingungen an
S. aureus tauscht einfach DNA mit verwandten Stämmen aus
Wenn krankheitserregende Bakterien wie Staphylococcus aureus auf ein neues
Hindernis treffen, tauschen sie einfach mit verwandten Stämmen DNA aus und
erhalten so die zur Überwindung notwendigen Gene. Laut Wissenschaftlern des
National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) http://www.niaid.nih.gov/default.htm
handelt es sich dabei um einen Vorgang, der leicht ausgelöst wird. Die
Forschungsergebnisse zeigen, wie sich ein weitverbreitetes Bakterium
wiederholt an neue Umgebungen und Bedingungen angepasst hat. Erwartet werden
neue Ansätze für das Design von Antibiotika und Impfstoffen, sowie Antworten
auf die Frage nach dem Ursprung von Krankheiten wie dem toxischen
Schocksyndrom (TSS) und antibiotikaresistenten Infektionen. Proceedings of the
National Academy of Sciences http://www.pnas.org
Der Bakterienforscher James Musser erklärte, dass lange unklar war, wie
TSS und methicillinresistente S. aureus Stämme sich in der Bevölkerung
verbreitet haben. Haben isolierte Stämme neue Gene aufgenommen und sie dann
verbreitet oder wurden die Gene bei verschiedenen Gelegenheiten erworben? Die
neuen Ergebnisse zeigten, dass das zweite Erklärungsmodell richtig sei. Ob
ein bestimmter S. aureus Stamm eine Krankheit auslöst, hängt großteils von
seinen Genen ab. Verschiedene Stämme können unterschiedliche
Umweltbedingungen überleben. Mussers Team untersuchte, wie Gene zwischen den
einzelnen Stämmen ausgetauscht wurden. Sie verglichen die Gene von 36
verschiedenen Stämme um festzustellen, welche Gene für ein Überleben
entscheidend sind. Eurekalert http://www.eurekalert.org/pub_releases/2001-07/nioa-sba070501.php
Mittels DNA Microarray Analyse wurden die Proben untersucht. Dabei stellte
sich heraus, dass beinahe ein Viertel des Genoms für die grundlegenden
Lebensfunktionen nicht von Bedeutung war. Diese Gene sind für jene Flexibilität
des Bakteriums verantwortlich, die das Verursachen einer Erkrankung bei
Menschen, Kühen und anderen Organismen ermöglicht. Der TSS Ausbruch in den
späten siebziger Jahren war daher wahrscheinlich auf die durch eine neue
Tamponart verursachen Veränderungen zurückzuführen. Die
Methicillinresistenz tauchte erst auf, nachdem das Bakterium wiederholt mit
dem Antibiotikum in Berührung gekommen war.
Strahlende Perlen markieren Gene und Proteine
Mikrobiologen entwickeln leuchtenden Strichcode für
Biotechnologie
Forscher unter Leitung von Shuming Nie von der University of Indiana in
Bloomington http://www.indiana.edu/iub/
haben aus Quantenpunkten winzige Marker entwickelt, die sich in der
Mikrobiologie und Pharmaforschung einsetzen lassen. Die kleinen Latexperlen
sollen bei der schnellen Identifizierung von Molekülen und der Suche nach
neuen Medikamenten helfen. An DNA-Sonden oder Antikörper angeheftet, wandern
die Perlen zum passenden Ziel-Molekül und erstellen somit eine Art
Strichcode. Da sich die Kügelchen einfach zu biologische Proben hinzugeben
lassen, eignen sie sich auch für Hochgeschwindigkeits-Analysetechniken,
berichtet das Fachblatt Nature Biotechnology http://www.nature.com/nbt/.
Grundbestandteil der Perlen sind so genannte Quantenpunkte. Die
Leuchtkristalle aus Kadmium-Selenid, nur 200 bis 10 000 Atome breit und in
Zinksulfid gehüllt, leuchten selbst dann hell auf, wenn nur schwaches Licht
sie anregt. Deshalb galten sie zunächst als ideales Rohmaterial für
lichtgesteuerte Computer. Weil sie in Lösungen nicht stabil sind, schienen
Anwendungen in Chemie und Biologie nicht sinnvoll. Nies Team überwand das
Problem, indem sie die winzigen Kristalle passgenau in die Poren von
Latexperlen einbetteten. Die Größe und die Anzahl der Quantenpunkte pro
Perle bestimmt ihre Farbe und ihre Helligkeit. Nies Team hat die Perlen in
zehn verschiedenen Intensitäten und sechs verschiedenen Farben entwickelt. So
kann die Abfolge verschiedener Leuchtperlen bis zu einer Million verschiedener
Moleküle eindeutig markieren, berichten die Forscher.
Quantenpunkte leuchten wesentlich heller als fluoreszierende Farben, die
bisher zur Proteinmarkierung eingesetzt werden. Zudem sind sie chemisch
stabiler. Ihre Vielfalt könnte die Mikroperlen zu einem Standard-Werkzeug der
Proteinfoscher machen, so Nie. Es ist sehr vielversprechend für das boomende
Forschungsgebiet der Proteomics, in dem Proteine katalogisiert werden sollen
wie die Gene.
