"Pflanzen kommen mir manchmal vor wie Aliens", sagt Andreas Bachmair vom Department für Biochemie und Zellbiologie. Während Tiere den Großteil ihrer Zeit damit verbringen, sich Nahrung zu beschaffen oder vor ihren Fressfeinden zu flüchten, funktioniert die Nährstoffzufuhr bei Pflanzen fast wie von selbst - "aber bei Gefahr einfach den Standort wechseln, das können sie eben nicht." Pflanzen haben daher im Laufe der Evolution eine ganz eigene, innere Logik entwickelt, die sich von jener der tierischen Organismen unterscheidet.
Deshalb nützt es dem Biologen in seinem aktuellen FWF-Projekt "Ubiquitin und Zelltodprozesse in Pflanzen" nur wenig, dass man - in der medizinischen Krebsforschung etwa - schon sehr viel über den Zelltod in Säugetieren weiß. Zwar gibt es zelluläre "Selbstmordprogramme", die verhindern, dass eine einzelne Zelle den Tod des gesamten Organismus bedingt, in allen mehrzelligen Organismen, "aber bisherige Forschungsergebnisse zeigen, dass programmierter Zelltod - als Überlebensstrategie - bei Pflanzen anders abläuft als bei Tieren", so Bachmair.
Sterben ...
Zum einen dient der "zelluläre Selbstmord" den Pflanzen zur Entfernung defekter bzw. "ausgedienter" Zellen. Bei Getreide stirbt sogar der gesamte Organismus, um Ressourcen freizusetzen und in die Samen einzubauen. Bei mehrjährigen Pflanzen werden nur Teile entsorgt – "alles, was nicht niet- und nagelfest ist - Nährstoffe, Aminosäuren etc. - wird in den überlebenden Organismus zurücktransportiert", so der Biochemiker: "Das wohl bekannteste Beispiel für diesen natürlichen Zelltod, die sogenannte Seneszenz, ist das Fallen der Blätter im Herbst."
... um zu überleben
Zum anderen ist das Einleiten eines relativ raschen Zelltods die bevorzugte Reaktion der Zelle auf den Befall mit Krankheitserregern. Beim "Selbstmord" produziert sie viele toxische Stoffe und reißt dadurch - bestenfalls - die Eindringlinge mit in den Tod. "Beim Waldspaziergang oder im Garten können Sie Zeugnisse dieser pflanzlichen Überlebensstrategie finden: in Form von Blättern an Pflanzen oder Bäumen, die teilweise tot sind und teilweise noch leben, also z.B. braun gefleckt sind." Die Selbstzerstörung kann aber auch eine extreme Reaktion der Zelle auf andere Formen von Stress - ungünstige Umweltbedingungen, extreme Temperaturen etc. - sein.
Ubiquitin: Kleines Protein, große Wirkung
Zelltod ist ein komplexer Vorgang. Andreas Bachmair und sein dreiköpfiges Team konzentrieren sich deshalb im Rahmen des dreijährigen Projekts auf die - vermutlich entscheidende - Rolle eines kleinen Proteins: "Ubiquitin markiert andere Proteine, d.h. es wird an diese angeheftet. Die häufigste bekannte Konsequenz dieser Markierung ist die Entfernung des gekennzeichneten Proteins aus der Zelle - wenn Sie so wollen, ist das Ubiquitinsystem die Müllabfuhr der Zelle", erklärt der Wissenschafter: "Das ist aber nur ein Aspekt: Mittlerweile wissen wir, dass sein 'Aufgabenspektrum' in der Zelle weitaus umfangreicher ist. Zum Beispiel kann es sein, dass das mit Ubiquitin markierte Protein, bevor es abgebaut wird, noch einen wichtigen Auftrag zu erfüllen hat." In dieser Rolle ist Ubiquitin oft für den Informationstransfer in der Zelle wichtig.
Von der "Fehlfunktion" auf die Funktion schließen
Im laufenden Projekt arbeitet Bachmair mit Mutanten des Modellorganismus Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand), in denen die eine oder andere Komponente des Ubiquitinsystems nicht funktioniert, ein Prozess verlangsamt ist oder einfach anders abläuft als in "normalen" Pflänzchen. Dadurch wollen die ForscherInnen das "Aufgabengebiet" von Ubiquitin aufschlüsseln. Methodisch hilft dabei die Tatsache, dass zelluläre Komponenten wie Proteine, die miteinander interagieren, früher oder später auch in physikalischen Kontakt treten - "und diesen 'Körperkontakt' können wir mit Hilfe des 'Hefe 2-Hybridsystems', einer molekularbiologischen Schlüsselmethode, feststellen", so Bachmair.
Neben einer konkreten Anwendung der Projektergebnisse zur Verbesserung landwirtschaftlicher Erträge erhofft sich der Wissenschafter langfristig, seinen Teil zum besseren Verständnis der "Aliens" unter den Organismen beitragen zu können: "Und wie alle GrundlagenforscherInnen sind wir dabei immer auch ein bisschen vom 'Kommissar Zufall' abhängig." (br)
Das dreijährige FWF-Projekt "Ubiquitin und Zelltodprozesse in Pflanzen" startete im Oktober 2008. Es wird von Ao. Univ.-Prof. Mag. Dr. Andreas Bachmair (Projektleiter), Dipl.-Biol. Karolin Eifler, Prabhavathi Talloji, MSc, und Mag. Andrea Tramontano (ProjektmitarbeiterInnen) vom Department für Biochemie und Zellbiologie am Zentrum für Molekularbiologie und den Max F. Perutz Laboratories durchgeführt. |
