Arsen und Spitzenbakterien

2. Dezember 2010, 19:38
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Statt Phosphor kann ein anderes Element zu überlebensfähigen Organismen beitragen: ausgerechnet Arsen - die Entdeckung ist umstritten, eine veränderte Definition von dem, was Leben ausmacht, ist denkbar

Alles Leben auf Erden, so hat man gelernt, hängt von sechs Elementen ab: Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel. Biologen zufolge ist dieses Paradigma in der Chemie der Lebewesen so spezifisch, dass jede Veränderung zu molekularer Instabilität führt.

Doch nun scheint es, dass Leben auch anders zustande kommen und ausschauen kann. Ein Team von Mikrobiologen um Felisa Wolfe-Simon hat festgestellt, dass der Bakterienstamm GFAJ-1 das Phosphor in seinen entscheidenden Biomolekülen ersetzen kann - ausgerechnet durch das als hochgiftig geltende Arsen.

Phosphor macht in der Form von Phosphat das Rückgrat der DNA- und RNA-Ketten aus und ist auch Teil der Moleküle, die den Energietransfer in Zellen bewerkstelligen. Arsen steht im Periodensystem nur eine Position unterhalb von Phosphor und hat ähnliche chemische Eigenschaften - seine Giftigkeit zeigt sich gerade dann, wenn Zellen es als Substitut verwenden.

Die erstaunliche Leistung von GFAJ-1 besteht laut Wolfe-Simon vom Astrobiologie-Institut der Nasa darin, dass der Stamm sich offenbar an Arsen anpassen kann. Schon im vergangenen Jahr spekulierte sie darüber, dass das Element ein Baustein in frühestem Leben gewesen sein könnte.

Skeptiker wiesen darauf hin, dass Arsenate in Flüssigkeit viel instabiler als Phosphate seien und daher Zellaktivitäten verunmöglichten. Um ihre Hypothese zu überprüfen, sammelte die Biologin im salz- und arsenhaltigen kalifornischen Mono Lake Schlamm ein und züchtete die darin enthaltenen Mikroorganismen. Die üblichen phosphathaltigen Nährstoffe fügte sie nicht bei, wodurch die Organismen schließlich genötigt wurden, sich der Arsenate zu bedienen, um neue DNA oder andere Biomoleküle herzustellen.

Alternative Lebensformen

Tatsächlich fand sie im phosphorfreien Nährboden aktive Bakterien. Untersuchungen ergaben, dass sich das Arsen tatsächlich in den Zellen befand, in Proteinen, Lipiden und Nukleinsäuren. Daraus schloss sie, dass das vorgebliche Gift in die molekularen Bausteine dieser Substanzen eingeschleust worden war.

Die Studie wurde soeben in Science veröffentlicht. Sie schließt mit der Annahme, dass in manchen Kohlen- und Sauerstoffverbindungen in der DNA Phosphate durch Arsenate ersetzt wurden.

Die Reaktionen der Fachwelt reichen von Begeisterung bis Vorsicht. Für die Mikrobiologin Milva Pepi (Siena) ist erwiesen, dass Arsen zumindest für bakterielle Lebensformen als Baustein dienen kann. Der Biochemiker Barry Rosen (Miami) hält die Ergebnisse für glaubwürdig, schließt aber nicht aus, dass das Gift in den Vakuolen (Zellorganellen) gespeichert ist statt als Baustein der zellulären Biochemie.

Wolfe-Simon entgegnet, dass alleine der Nachweis, dass es auch anders geht, Rückschlüsse auf alternative Lebensformen zulässt. Dieser Meinung ist auch Thomas Marlovits, Forscher an den Wiener Instituten für Molekulare Pathologie und Molekulare Biotechnologie (IMP und IMBA). Man könne davon ausgehen, sagt er, "dass das Leben unter sehr anderen Umweltbedingungen begonnen und sich erst spät zu der heute vorteilhaften Weise weiterentwickelt hat". Christoph Schüller, Forscher am Max-Perutz-Labor der Uni Wien, findet, dass die erstaunliche Fähigkeit der Bakterien "nichts an der grundsätzlichen Chemie des Lebens ändert". Ob die Entdeckung zu einem Paradigmenwechsel führt, wird sich erst zeigen. (mf, DER STANDARD, Print-Ausgabe, 3. Dezember 2010)

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