Das "Selbstmordprogramm" unsterblicher Algen

16. November 2010, 18:36
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Pflanzenphysiologen untersuchen den programmierten Zelltod von Einzellern

Unsterblichkeit ist in der Biologie das, was ein Perpetuum mobile in der Physik ist: eine gute Idee, die nur an der Wirklichkeit krankt. Tatsächlich gibt es in der Natur jedoch potenzielle Unsterblichkeit, wenn auch nur bei Einzellern: Diese können sich nämlich durch Teilung vermehren, und zwar prinzipiell endlos (wenn sie nicht gefressen werden oder sonstwie zu Tode kommen) und allem Anschein nach ohne negative Effekte. Mehrzellige Organismen dagegen unterliegen unweigerlich Alterungsprozessen, die letztendlich zum Tod führen.

Diese Vorgänge wurden in den letzten Jahren intensiv beforscht, wobei besonderes Augenmerk auf der Apoptose, dem sogenannten programmierten Zelltod, liegt. Dabei handelt es sich um genetisch gesteuerte Vorgänge, die unter anderem dazu führen, dass die betroffene Zelle schrumpft und die in ihr enthaltene DNA in Stückchen zerbricht. Letztendlich löst sich die Zelle in Teile auf, die schließlich durch Enzyme aufgelöst werden. Im Unterschied zu krankhaften Vorgängen bleiben die Nachbarzellen dabei unbeeinträchtigt - es kommt also nicht zu Entzündungen oder Gewebeschädigungen. Da die Apoptose vom zelleigenen Erbmaterial gesteuert wird, spricht man auch von einem "Selbstmordprogramm" der Zelle.

Dieses Kamikaze-Verhalten kann durch äußere Reize, wie starke Schädigung der DNA, ausgelöst werden oder ganz regulär im Zuge der Entwicklung auftreten. Bei höheren Pflanzen etwa müssen lebende, voll funktionsfähige Zellen gezielt abgetötet werden, um durchgängige Wasser-Leitbahnen zu erzeugen. Die Forschung zum programmierten Zelltod befasste sich bisher fast ausschließlich mit höheren Pflanzen. Mit finanzieller Unterstützung durch den Wissenschaftsfonds FWF untersuchte Ursula Lütz-Meindl vom Institut für Pflanzenphysiologie der Universität Salzburg nun mittels Elektronenmikroskopie die Sterbevorgänge einer einzelligen, also potenziell unsterblichen Alge. Micrasterias denticulata ist eine mikroskopisch kleine Alge aus der Gruppe der Zieralgen, die sich fast ausschließlich asexuell vermehrt, indem sie sich in der Mitte durchschnürt und die jeweils fehlende Körperhälfte ergänzt.

Ungünstige Bedingungen

In der Zellbiologie wurde sie bereits intensiv untersucht: Man kennt Details ihrer Formbildung, Struktur und Regulation der Zelldifferenzierung. Vor diesem Hintergrund untersuchten Lütz-Meindl und ihre Mitarbeiter, ob ungünstige Umweltbedingungen auch in einer potenziell unsterblichen Alge wie Micrasterias Zelltod-Prozesse auslösen können. Zu diesem Zweck setzten die Salzburger Forscher die Algen verschiedenen Substanzen aus, von denen bekannt ist, dass sie bei anderen Pflanzen und Tieren programmierten Zelltod auslösen, darunter erhöhte Salzkonzentrationen und Wasserstoffperoxid.

Dabei konnte Lütz-Meindls Gruppe erstmals zeigen, dass auch Einzeller wie Micrasterias die Möglichkeit haben, zellulären Freitod zu praktizieren. Die Art und Weise, wie sie das machen, weist dabei zwar einige Parallelen zum programmierten Zelltod mehrzelliger Organismen auf, ist aber nicht damit identisch. "Micrasterias scheint einen eigenen Signalweg für den Zelltod zu haben, was darauf hinweist, dass dieses Geschehen schon früh in der Evolution entstanden sein muss" , subsumiert Lütz-Meindl. Und: Wie die elektronenmikroskopischen Untersuchungen zeigen, können verschiedene schädliche Substanzen in Micrasterias auch unterschiedliche Arten des Selbstmordes auslösen.

Der natürliche Lebensraum der Zieralgen sind Senken und Tümpel in Mooren, wo sie oft hoher Sonneneinstrahlung, starker Wasserverdunstung und in der Folge erhöhten Salzkonzentrationen ausgesetzt sind. "Unter diesen Umständen kann es für die Population von Vorteil sein, wenn ein Teil der Algen abstirbt" , sagt Lütz-Meindl. "Die Überlebenden können die abgestorbenen Zellen und den Schleim, den sie produzieren, dazu benützen, sich vor den ungünstigen Umweltbedingungen zu schützen."

Interessant könnte Lütz-Meindls Grundlagenforschung in weiterer Hinsicht auch für Landwirtschaft und Ernährung sein. "Viele Alterungsprozesse sind Reifungsprozesse" , sagt die Pflanzenphysiologin. Kenntnisse über programmierten Zelltod könnten etwa helfen, die Lagerung von Früchten und die Resistenz von Pflanzen zu verbessern.  (Susanne Strnadl/DER STANDARD, Printausgabe, 17.11.2010)

 

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  • Lichtmikroskopische Aufnahmen der Modellalge (oben mit Hell-, unten mit Dunkelfeld-Mikroskopie aufgenommen). Die Forschungen könnten auch Erkenntnisse für die Landwirtschaft bringen.
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    Lichtmikroskopische Aufnahmen der Modellalge (oben mit Hell-, unten mit Dunkelfeld-Mikroskopie aufgenommen). Die Forschungen könnten auch Erkenntnisse für die Landwirtschaft bringen.

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