Erst durch moderne Genomforschung und biochemische Studien wurde die These bestätigt, dass Archaea eine dritte Lebewesengruppe darstellen, neben Bakterien und Eukaryonten (Pflanzen, Tiere, Pilze). WissenschafterInnen gehen davon aus, dass das Studium der Archaea Aufschluss über die ersten Lebensformen auf der Erde gibt – und damit auch über "unsere" Vorfahren. Die Ökogenetikerin Christa Schleper untersucht in einem aktuellen EU-Projekt, wie Archaea auf Stress wie Hitze, Kälte oder UV-Strahlung reagieren. |
Sie sind einzellig, nur wenige Mikrometer groß und die meisten von ihnen mögen es gerne heiß. Die Rede ist von Archaea, die heute als dritte Lebewesendomäne neben Bakterien und höheren Lebewesen angesehen werden. "Ende der 1970er Jahre gab es schon Thesen, dass Archaea keine Bakterien sind, sondern eine eigene Gruppe darstellen. Doch die wesentlichen Unterschiede zu Bakterien konnten erst durch moderne molekularbiologische und biochemische Methoden aufgezeigt werden", erklärt Christa Schleper, Leiterin des Departments für Ökogenetik.
Ursprung des Lebens in heißen Quellen?
Für die Forschung sind Archaea aus mehreren Gründen spannend: Zum einen, weil die meisten Arten unter Extrembedingungen, wie zum Beispiel in heißen vulkanischen Quellen, leben. Da das Leben unter extremen Bedingungen entstanden sein könnte, gibt die Erforschung der Archaea möglicherweise Aufschluss über Eigenschaften in den ersten Lebensformen. Zum anderen sind Archaea spannende Forschungsobjekte, da sie deutlich mehr als Bakterien nicht nur Unterschiede, sondern auch Ähnlichkeiten mit menschlichen und tierischen Zellen aufweisen. "Wir wollen feststellen, wie fundamental die Ähnlichkeiten sind. Kurz gesagt: Was lernen wir über uns, wenn wir Archaea erforschen?", fragt Schleper.
Sulfolobus steht Modell
Die Archaea-Art "Sulfolobus solfataricus" ist für WissenschafterInnen, die diese Lebewesengruppe erforschen, ein "Parade-Modellorganismus". Dieser Einzeller lebt in heißen Schwefelquellen um die 80 Grad Celsius. Da sein Genom vor wenigen Jahren entschlüsselt wurde, lässt sich jede kleinste Änderung in der Expression des Genoms unter verschiedenen Umwelteinflüssen genau beobachten. In ihrem aktuellen Projekt verändert Christa Schleper gemeinsam mit der Doktorandin Daniela Teichmann die Lebensbedingungen von Sulfolobus, um zu sehen, wie der Einzeller darauf reagiert.
Das Projekt ist eines von mehreren Teilprojekten, die sich im Zuge des "SOLAR"-Netzwerks mit bestimmten Aspekten von Archaea auseinandersetzen. "Im Rahmen des Netzwerks werden internationale DoktorandInnen und Postdocs aktiv in die Forschung einbezogen", so Schleper: "Vernetzung zwischen den Gruppen, die unter anderem in Frankreich, Dänemark oder Großbritannien arbeiten, ist auch ein wesentliches Anliegen von 'SOLAR'".
Zelluläre Reaktionen unter Stress
Schleper und Teichmann konzentrieren sich auf Reaktionen des Modellorganismus auf Stress. Dazu bringen sie den thermophilen Einzeller in Extremsituationen: durch Temperaturerhöhung und -senkung sowie durch UV-Bestrahlung. "Anschließend schauen wir uns das 'Transkriptom' genau an: Welche Gene wurden unter Stress an- und abgeschaltet und was bewirken die Genprodukte – Proteine –, um die Zelle zu schützen?", erklärt Christa Schleper. Bis dato fanden die Forscherinnen heraus, dass speziell 55 Gene auf erhöhte UV-Strahlung reagieren: "Bei einigen Genen ist die Reaktion klar: Die Genprodukte stoppen ganz einfach die Zellteilung oder reparieren das geschädigte Genom; bei anderen Reaktionen wissen wir noch nicht, was sie bedeuten."
Die Erkenntnisse des EU-Projekts sind nicht nur für ein besseres Verständnis der Archaea insgesamt interessant, sondern könnten auch helfen, neue Einblicke in molekulare Prozesse beim Menschen zu liefern. "Die Zellproliferation und Genexpression spielt zum Beispiel eine große Rolle bei Krebserkrankungen. Viele zentrale Faktoren für diese Prozesse finden sich auch in Archaea und können in diesen einfacheren Organismen oft leichter studiert werden", meint Schleper. (td)
Das EU-Projekt "The Marie Curie Research Training Network SOLAR", im Rahmen dessen Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr. Christa Schleper vom Department für Ökogenetik gemeinsam mit der Doktorandin Dipl.-Biol. Daniela Teichmann Archaea unter Stress untersucht, läuft von 2007 bis 2010 im 6. EU-Rahmenprogramm. Universitäten aus sechs Ländern nehmen mit Projekten rund um "Sulfolobus solfataricus" daran teil: Frankreich, Großbritannien, Niederlande, Dänemark, Deutschland und Österreich. Ziel des "SOLAR"-Netzwerks ist die internationale Vernetzung sowie JungwissenschafterInnen konkrete Forschungsmöglichkeiten zu bieten.
Die Archaeaforschung bildet einen Schwerpunkt an der Universität Wien: Neben Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr. Christa Schleper vom Department für Ökogenetik forschen auch Ao. Univ.-Prof. Dr. Udo Bläsi vom Department für Mikrobiologie und Immunbiologie sowie Univ.-Prof. Mag. Dr. Michael Wagner, Leiter des Departments für Mikrobielle Ökologie, an dieser Organismengruppe.
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