Was Zellen empfindlich oder tolerant gegenüber Hitze macht

25. Februar 2017, 17:22
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Forscher untersuchten, was in lebenden Zellen passiert, wenn diese auf Temperaturen jenseits ihres Toleranzbereichs erhitzt werden

Zürich – Es gibt Bakterien, die gedeihen in heißen Quellen prächtig. Für menschliche Zellen werden hingegen bereits Temperaturen ab 44 Grad Celsius kritisch. Wissenschafter der ETH Zürich haben nun herausgefunden, was hinter der Toleranz oder Sensibilität gegenüber Hitze steckt.

Für ihre Studie untersuchten die Forscher um Paola Picotti das Phänomen bei Organismen, die sehr unterschiedlich auf Hitze reagieren: bei menschlichen Zellen, dem Darmbakterium Escherichia coli, Hefezellen und dem hitzetoleranten Bakterium Thermophilus. Dabei analysierten sie Menge und Struktur von 8.000 verschiedenen Proteinen in den Zellen bei unterschiedlichen Temperaturen bis zu 76 Grad Celsius.

Dabei gelang es offenbar, eine langjährige Annahme zu widerlegen: Bisher ging man davon aus, dass alle Proteine in einer Zelle beim Erhitzen über die kritische Temperaturschwelle auf einen Schlag denaturieren. Wie Picotti und ihre Kollegen nun im Fachblatt "Science" berichten, ist dem aber nicht so.

Flexibel oder stabil

Beim schrittweisen Erhitzen wird demnach zuerst nur ein kleiner Teil der Proteine zerstört, dafür aber die wichtigsten. "Sobald diese Schlüsselkomponenten ausfallen, kann die Zelle nicht weiterleben", sagte Picotti.

Auf den ersten Blick erscheint das wie ein Fehler der Evolution, die wichtigsten Komponenten am empfindlichsten auf Hitze reagieren zu lassen. Ihre Instabilität sei aber Folge der Tatsache, dass diese Proteine sehr flexibel sind und vielfältige Aufgaben in der Zelle erledigen, so Picotti: "Flexibilität und Stabilität schließen sich gegenseitig aus. Die Zelle muss da einen Kompromiss eingehen."

Angepasste Sequenz

Die hitzestabilsten Proteine waren gemäß der Studie hingegen diejenigen, die auch am häufigsten in den Zellen vorkommen. Das mache Sinn, so die Wissenschafter: Denn wäre es umgekehrt, dass diese häufigsten Proteine als erste denaturierten, müsste die Zelle viel Energie aufwenden, um sie bei Hitzeschaden zu entsorgen und Nachschub zu produzieren.

Dass das Bakterium Thermophilus anders als beispielsweise das Darmbakterium E. coli selbst Temperaturen über 70 Grad Celsius aushält, liege daran, dass dieser einzellige Organismus insbesondere die hitzeempfindlichen Proteine stabilisiert habe – und zwar durch eine angepasste Proteinsequenz. So würden sie auch bei hohen Temperaturen funktionsfähig bleiben. (APA, 25.2.2017)

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