Zelleigene Redakteure korrigieren genetische Fehler

Neues aus der Forschung

Zelleigene Redakteure korrigieren genetische Fehler

Meldung vom 01.03.2019

Fast alle Landpflanzen beschäftigen ein Heer von Redakteuren, die Fehler in ihrer Erbinformation berichtigen. Forscher der Universität Bonn haben nun Teile dieser Maschinerie in ein Bakterium übertragen. Ihre Ergebnisse bestätigen eine umstrittene These zur Funktionsweise dieses weit verbreiteten Mechanismus. Sie sind nun in der Zeitschrift Communications Biology der Nature Publishing Group erschienen.


Bastian Oldenkott, Yingying Yang, Elena Lesch, Volker Knoop und Mareike Schallenberg-Rüdinger
Plant-type Pentatricopeptide Repeat proteins with a DYW domain drive C-to-U RNA editing in Escherichia coli
Communications Biology
DOI: 10.1038/s42003-019-0328-3


Man könnte meinen, die genetische Maschinerie höherer Pflanzen sei von einem bürokratischen Umstandskrämer erdacht worden: Viele der pflanzlichen Erbanlagen enthalten kleine Fehler. Betroffen ist vor allem die DNA in den Kraftwerken ihrer Zellen, den Mitochondrien. Die Pflanze muss diese Fehler korrigieren, ansonsten würde ihre Energieversorgung zusammenbrechen. Sie macht das auch, aber auf einem denkbar komplizierten Weg: Sie verbessert nicht etwa die DNA, also die eigentliche Bauanleitung der Mitochondrien. Stattdessen berichtigt sie die Abschriften, die von dieser Bauanleitung hergestellt werden. Das ist etwa so, als würde man einen fehlerhaften Rundbrief tausendfach ausdrucken und dann auf jedem dieser Ausdrucke das falsch geschrieben Wort nachträglich korrigieren.

Mehr noch: Die Redakteure, die diese Berichtigungen vornehmen, sind absolute Spezialisten. Sie erkennen meist nur einen einzigen bestimmten Fehler. Manche Pflanzen verfügen daher über 500 oder mehr verschiedene Korrekturleser. „Die DNA-Abschriften bestehen aus RNA; wir nennen diesen Mechanismus daher RNA-Editing“, erklärt Prof. Dr. Volker Knoop vom Institut für Zelluläre und Molekulare Botanik der Universität Bonn. „Warum es ihn gibt und wie er im Einzelnen funktioniert, ist bislang erst in Ansätzen verstanden.“


 
Volker Knoop, Elena Lesch, Bastian Oldenkott, Yingying Yang und Mareike Schallenberg erforschen das RNA-Editing: ein Baustein (Cytidin, C) wird chemisch in einen anderen (Uridin, U) umgewandelt.

Zumindest einer Antwort auf die zweite Frage sind Knoop und seine Mitarbeiter nun einen Schritt nähergekommen. Dazu haben sie einige Redakteure aus dem Laubmoos Physcomitrella patens in das Darmbakterium E. coli verfrachtet. „Wir wollten herausfinden, ob sie dort die bakterielle RNA editieren“, sagt Knoops Kollegin Dr. Mareike Schallenberg-Rüdinger. „Bislang war strittig, ob sie das alleine überhaupt können oder ob sie dazu Hilfe benötigen.“

Die meisten Forscher gehen nämlich davon aus, dass das RNA-Editing in der Regel ein zweischrittiger Prozess ist: Die Redakteure (die so genannten PPR-Proteine) erkennen den Fehler. Um ihn zu beheben, rufen sie dann eine Art RNA-Tippex zu Hilfe – ein Enzym namens Cytidin-Desaminase.

RNA-Tippex funktioniert auch in E. coli

Manche PPR-Proteine verfügen an ihrem Ende aber über eine bestimmte Abfolge von Aminosäuren, von denen man weiß, dass sie theoretisch als Cytidin-Desaminase wirken können. Sie tragen also möglicherweise ihr Fläschchen Tippex immer mit sich herum. „Tatsächlich konnten wir zeigen, dass diese Gruppe von PPR-Proteinen die RNA von E. coli editieren kann“, sagt Mareike Schallenberg-Rüdinger. „Sie benötigt dazu also keine separate Desaminase.“ Wenn die Wissenschaftler dagegen auch nur eine der wichtigen Tippex-Aminosäuren veränderten, büßte das PPR-Protein seine Korrektur-Fähigkeit ein.



Den Forschern ist es zudem gelungen, PPR-Proteine so zu programmieren, dass sie spezifisch bestimmte Fehler erkannten. „Experimente wie diese tragen dazu bei, dass wir das RNA-Editing besser verstehen“, erklärt Volker Knoop. „Dabei hilft uns vor allem auch der Modellorganismus E. coli, denn in Pflanzen wären sie nur mit viel größerem Aufwand durchzuführen.“

Mittelfristig erhoffen sich die Wissenschaftler auch eine Antwort auf die Frage, warum sich diese aufwändige Redaktions-Maschinerie im Laufe der Evolution überhaupt gebildet hat. Theorien dazu gibt es einige: So könnte das RNA-Editing Pflanzen erlauben, Mutationen gewissermaßen „zu sammeln“. So können sich vielleicht im Laufe der Zeit Kombinationen vieler verschiedener Veränderungen bilden, die einzeln schädlich oder gar tödlich wären, in ihrer Summe der Pflanze jedoch einen Überlebensvorteil bieten.

Der umständliche Prozess hätte demnach durchaus einen wichtigen Sinn: als Spielwiese der Evolution.

Yingying Yang, Mareike Schallenberg-Rüdinger und Bastian Oldenkott setzen eine Kultur von E. coli an, die das RNA-Editing aus Laubmoos Physcomitrella imitieren kann.




Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw-online


News der letzten 7 Tage

www.biologie-seite.de 12 Meldungen

Meldung vom 21.03.2019

Besiedlung in Zeitlupe

Langzeitexperiment in der Tiefsee der Arktis zeigt: Sesshafte Tiere können in großen Wassertiefen nur extrem ...

Meldung vom 21.03.2019

Möglicher Ur-Stoffwechsel in Bakterien entdeckt

Mikrobiologen aus Braunschweig, Tübingen und Konstanz entdecken, wie Bakterien Eisen-Schwefel-Minerale als En ...

Meldung vom 20.03.2019

Herzerkrankungen: Giftige Qualle hilft der Forschung

Studie der Universität Bonn nutzt Lichtrezeptor des Tieres, um Regulation des Herzschlages zu untersuchen.

Meldung vom 20.03.2019

Optischer Sensor soll Pflanzenzüchtung beschleunigen

System der Uni Bonn untersucht, wie Genaktivitäten und Reflexions-Eigenschaften von Pflanzen zusammenhängen. ...

Meldung vom 20.03.2019

Fünf-Punkte-Plan zur Integration der Hobbyangler in Fischerei- und Gewässerschutzpolitik

Weltweit gibt es etwa fünfmal mehr Hobbyangler als Berufsfischer. Bisher berücksichtigt die internationale F ...

Meldung vom 19.03.2019

Artenreiche Gärten: Oasen im Siedlungsraum von hohem sozialen Wert

Grünräume wie Schreber- oder Hausgärten sind in städtischen Ballungszentren für viele Menschen ein Zufluc ...

Meldung vom 19.03.2019

Expertenservice zum Welttag des Wassers

Am 22. März 2019 ist Weltwassertag. Zu diesem Anlass nennen Forschende des Leibniz-Instituts für Gewässerö ...

Meldung vom 19.03.2019

Ausgeflattert: Zwei Drittel weniger Tagfalter

Senckenberg-Wissenschaftler Thomas Schmitt hat in einem deutsch-polnischen Team die Auswirkungen verschiedener ...

Meldung vom 18.03.2019

Mikroben können auf Stickstoffmonoxid (NO) wachsen

Stickstoffmonoxid (NO) ist ein zentrales Molekül im Kreislauf des Elements Stickstoff auf der Erde. Eine Fors ...

Meldung vom 18.03.2019

Eine neue Schlangenart in Bayern - die Alpen-Barrenringelnatter

Forscher der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM) haben in der Alpenregion Bayerns eine bisher übe ...

Meldung vom 15.03.2019

Oszillation im Muskelgewebe

Wenn ein Muskel wächst oder eine Verletzung in ihm ausheilt, verwandelt sich ein Teil seiner Stammzellen in n ...

Meldung vom 14.03.2019

Lecker oder faulig- Ein abstoßender Geruch hemmt die Wahrnehmung eines angenehmen Duftes

In der Natur sind Essigfliegen unterschiedlichsten Duftgemischen ausgesetzt, die sowohl anziehende als auch ab ...


06.03.2019
Bindung mit Folgen
16.01.2019
Plötzlich gealtert

19.12.2018
Baum der Schrecken
07.11.2018
Plastik im Fisch
28.09.2018
Gestresste Pflanzen

13.08.2018
Wie Vögel lernen

15.06.2018
Primaten in Gefahr
24.05.2018
Störche im Aufwind

05.03.2019
Kenne Deinen Fisch!
05.03.2019
Leben ohne Altern
05.03.2019
Lebensraum Käse
05.03.2019
Domino im Urwald
05.03.2019
Trend-Hobby Imker
05.03.2019
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung