Reaktive Sauerstoffspezies, kurz ROS, galten lange nur als negative Stoffwechselbeiprodukte. So spielen die kurzlebigen chemischen Formen eine wesentliche Rolle beim menschlichen Alterungsprozess und sind für eine Reihe von Krankheiten mitverantwortlich. In einem Projekt im Rahmen des universitären Forschungsschwerpunkts "Symbioseforschung und molekulare Prinzipien der Erkennung" untersucht Heribert Hirt jedoch einen völlig anderen Aspekt von reaktivem Sauerstoff: Bei Pflanzen sind ROS nämlich nicht nur in Sachen Verteidigung unterwegs, sondern auch als Nachrichtenkuriere mit brisanter Post.

Reaktive Sauerstoffspezies (Reactive Oxygen Species, ROS) entstehen im Organismus als Nebenprodukte der Zellatmung. Sie sind sehr aggressiv und können verschiedenste Zellkomponenten schädigen. Aus dieser zerstörerischen Eigenschaft hat die Natur in ganz bestimmten Situationen - beim Menschen ebenso wie bei Pflanzen und Tieren - eine Tugend gemacht. Im Normalfall versucht die betroffene Zelle, die reaktiven Chemikalien zu unterdrücken. Wird ebenjene Zelle aber von Krankheitserregern angegriffen, kann sie ROS zur Verteidigung und Abwehr von Viren und Bakterien auch absichtlich produzieren.

Natürliche Waffe

"Solche gezielt gebildeten reaktiven Sauerstoffspezies wirken wie Desinfektionsmittel", erklärt V.-Prof. Mag. Dr. Heribert Hirt, Leiter des Departments für Pflanzenmolekularbiologie des Zentrums für Molekulare Biologie: "Eine der bekanntesten ROS wird zu diesem Zweck auch in der Wundbehandlung benutzt: Wasserstoffperoxid."
Im Projekt "Role of Reactive Oxygen Species in Disease" versucht der Molekularbiologe, mit genetischen Methoden jene Mechanismen zu entschlüsseln, die an der bewussten Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies beteiligt sind.

Zu Unrecht verkannt

"Man hat lange angenommen, dass ROS ausschließlich negative Faktoren sind, die man in Schach halten muss", erzählt Hirt: "Aber im Laufe der Evolution ist aus dem Versuch der Pflanze, das zellschädigende Stoffwechselbeiprodukt unter Kontrolle zu halten, ein ganzer Enzymapparat entstanden." Dieser kann die Menge an reaktivem Sauerstoff bewusst erhöhen oder reduzieren. Sobald ein Erreger als solcher erkannt ist, wird eine Reihe von Enzymen aktiviert, die nur für die Produktion von ROS zuständig sind. "Um den Einfluss von ROS auf die Immunabwehr der Pflanze zu untersuchen, haben wir die entsprechenden Gene ausgeschaltet. Diese Experimente haben gezeigt, dass Pflanzen, bei denen dieser Mechanismus nicht funktioniert, viel anfälliger gegenüber Krankheitserregern sind", fasst Hirt die bisherigen Forschungsergebnisse zusammen.

Ein ausgeklügeltes Informationssystem

ROS spielen auch in der Pathogenabwehr bei Mensch und Tier eine Rolle. Ein viel weniger bekannter Aspekt ist jedoch ihre Signalfunktion. Denn hat eine Zelle ein feindliches Pathogen erkannt, ist sie mit Hilfe von reaktiven Sauerstoffspezies in der Lage, andere Pflanzenzellen und sogar weit entfernte Teile der Pflanze "vorzuwarnen". Hier spielt unter anderem das relativ stabile Wasserstoffperoxid eine wichtige Rolle. Es ist nämlich in der Lage, zu anderen Zellen zu gelangen und dort die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies anzuregen, die ihrerseits die Bildung von so genannten Signalmolekülen auslösen. Das sind flüchtige Stoffe mit Hormoncharakter, zu denen unter anderem das Gas Ethylen gehört.

Gasförmige Nachrichtenkuriere

Signalmoleküle haben ein ganz besonderes Talent: Sie können durch die Pflanzenoberfläche dringen. Diese Fähigkeit hat ihnen einen Job als Nachrichtenkurier eingebracht. Sie teilen den bevorstehenden Angriff nicht nur innerhalb des Pflanzenorganismus, sondern über die Luft auch benachbarten Pflanzen mit. Diese empfangen die "gasförmige Botschaft" und können dadurch ihrerseits mittels Erhöhung der ROS-Produktion "aufrüsten".

Großes Kommunikationsspektrum

Pflanzen haben sich also im Laufe der Evolution die Signalfunktion von reaktivem Sauerstoff zunutze gemacht. So werden etwa auch Spaltöffnungen in den Blättern mit Hilfe von reaktivem Sauerstoff kontrolliert. Unsere "schweigsamen Zeitgenossen" verfügen somit über ein überraschend großes Kommunikationsspektrum. Neben der Frage, welche Rolle ROS im pflanzlichen Immunsystem spielen, versucht Heribert Hirt nun herauszufinden, wie die Pflanzenkommunikation im Detail funktioniert: "Wir sind auf der Suche nach den Rezeptoren für Reaktive Sauerstoffspezies und anderen gasförmigen Signalmolekülen." (br)


Das dreijährige Forschungsprojekt "Role of Reactive Oxygen in Disease" unter der Leitung von V.-Prof. Mag. Dr. Heribert Hirt ist Teil des Forschungsschwerpunkts "Symbioseforschung und Molekulare Prinzipien der Erkennung" der Universität Wien. Dieser interdisziplinäre Forschungsschwerpunkt beschäftigt sich mit Symbiosen zwischen verschiedenen Bakterien sowie zwischen Bakterien und Pflanzen, Tieren oder dem Menschen und berücksichtigt hierbei auch bakterielle Krankheitserreger höherer Lebewesen.