Wien – Die sogenannte Autophagie ist ein wichtiger Teil des Recyclingprozesses von Pflanzen. Altern Bestandteile einer Pflanzenzelle, werden sie bei der Autophagie umgehend ins zelluläre Recyclingzentrum geschickt, was die Funktionsfähigkeit der Zelle langfristig erhält. Ähnliche Abläufe finden auch beim Fasten statt, wie Yoshinori Ohsumi, Nobelpreisträger des Jahres 2016, nachweisen konnte.
Autophagie ist in diesem Fall eine Reaktion auf Hunger. Ohsumi beobachtete ein Transportsystem in hungernden Zellen, welches Zellteile in ein Recyclingzentrum führt, in dem sie in Energie bzw. benötigte neue Zellteile umgewandelt werden. Die ganze Zelle wird durch dieses System verjüngt.
Hungern aktiviert den Stoffwechsel
Eine Reihe von Studien hat gezeigt, dass kurze Fastenperioden den Stoffwechsel aktivieren, wodurch Muskel- und Gehirnzellen erneuert werden – was wiederum vor Alzheimer und anderen mit dem Altern verbundenen Krankheiten schützt. Bei Untersuchungen an Mäusen konnte nachgewiesen werden, dass sie länger leben und bessere Leistungen erbringen, wenn man sie ein wenig hungern lässt. Ihr Gedächtnis ist besser, die Muskeln leisten mehr. Fasten gibt dem System einen Impuls.
"Wir versuchen nun zu ergründen, wie dieses System bei Pflanzen funktioniert," erklärt Yasin Dagdas vom Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. "Denn für Pflanzen ist diese Erneuerung noch viel wichtiger als für Tiere oder Menschen: Ist einem Tier kalt oder wird es bedroht, kann es weggehen – Pflanzen können das nicht. Sie müssen am selben Platz bei -10 und + 30 Grad leben. Wir Menschen ertragen mit 37 bis 39 Grad eine Schwankung der Körpertemperatur von zwei Grad, Pflanzen ertragen bis zu 50 Grad Unterschied", so Dagdas.
Dazu kommen Wind, Trockenheit und die konstante Bedrohung durch Krankheitserreger. Diese können aus der Luft oder auch über die Wurzeln kommen. Autophagie ist für Pflanzen ein Fluchtweg, alle diese Bedingungen zu überleben.
Schnelle Reaktion
"Stellen Sie sich vor: Sie sind mit Schnee bedeckt und plötzlich kommt die Sonne heraus. Sie haben wenig Zeit, sich an diese Veränderung anzupassen, indem Sie zum Beispiel Ihre Kleidung wechseln. Dank der Autophagie passiert diese Anpassung innerhalb von 15 bis 20 Minuten – die Zelle zieht sich quasi in Minutenschnelle um. Und schneit es wieder, dann macht sie diese Anpassung rückgängig. Autophagie holt mit seinem ausgeklügelten Transportsystem die passenden Kleider rasch aus dem Schrank. Dieses System funktioniert sehr kontrolliert und wir versuchen diese Funktionsweise zu entschlüsseln", erklärt Dagdas.
Wie Dagdas in seinen Forschungsarbeiten zeigte, wirkt Autophagie auch gegen Krankheitserreger. Diese Erkenntnis hat auch große Bedeutung für den Menschen: Das Pathogen Kartoffelmehltau hat Mitte des 19. Jahrhunderts in Irland mehrere Missernten verursacht. Eine Million Menschen verhungerten, zwei Millionen mussten auswandern, überwiegend in die USA.
Noch heute, über 150 Jahre danach, ist dieses Pathogen eine große Bedrohung für die Landwirtschaft: Jährlich verursacht es weltweit sechs Milliarden US-Dollar Ernteausfälle. Dagdas und sein Team haben gezeigt, dass eine Erhöhung des Autophagie-Niveaus Pflanzen resistenter gegen dieses Pathogen macht. "Eine verbesserte Anpassung durch Autophagie, an der wir forschen, könnte schlussendlich auf Getreidearten übertragen werden und diese resistenter gegen Krankheitserreger oder Dürre machen", sagt Dagdas. (red, 16.4.2017)