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Das Gen hol' ich für Dich

Archiv: Schöne Biologie

Ralf Neumann


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Schöne Biologie

Man ist ja inzwischen einiges gewohnt von den Genen. Dennoch kann man immer wieder von Neuem staunen, welche verzwickten Wege einige von ihnen im Laufe der Evolution gegangen sind.

Bestens zum Staunen geeignet ist beispielsweise das Szenario, das japanische Forscher unlängst in der unscheinbaren Erbsenlaus Acyrthosiphon pisum rekonstruierten.

Bereits zuvor war bekannt, dass die Läuse in speziellen Zellen, sogenannten Bakteriozyten, Bakterien der Art Buchnera aphidicola beherbergen. Dort verstoffwechseln diese, quasi als "Verdauungshelfer", so manche Nahrungsbestandteile für ihren Wirt.

Diese Endosymbiose funktioniert schon seit etwa 100 Millionen Jahren – und dies mittlerweile so gut, dass die Bakterien außerhalb ihres lausigen Wirts – (Sorry, das Wortspiel musste sein!) – gar nicht mehr leben können. Denn wie viele andere Parasiten und Endosymbionten hat auch Buchnera sein Genom inzwischen von einer ganzen Reihe Gene bereinigt, die es für sein „Untermieterleben“ nicht mehr benötigt.

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Die Japaner selbst hatten nun in einer früheren Studie bereits gezeigt, dass die Erbsenlaus-Vorfahren sukzessive zwölf Gene bakteriellen Ursprungs durch horizontalen Gentransfer in ihr Genom integriert hatten. Sieben davon exprimieren ihre Nachfahren heute spezifisch in den Bakteriozyten – was wiederum vermuten lässt, dass sie für ihre Buchnera-”Dauergäste” essentiell sind (BMC Biology 7:12).

Im Buchnera-Genom selbst fehlen jedwede Analoga zu diesen sieben Genen. Womit sich spontan natürlich das Szenario aufdrängt, dass diese Gene einst aus dem Genom der Buchnera-Vorfahren in dasjenige ihrer Wirtsvorfahren eingewandert sind – und seitdem von dort aus ihren Dienst tun.

Eines dieser Gene, RipA4, schauten sich die Japaner daraufhin genauer an – und siehe da: Es entstammt ziemlich sicher nicht der Buchnera-Linie. Vielmehr deutet die Sequenz-Sig­natur auf einen völlig unabhängigen bakteriellen Ursprung. Der Witz jedoch ist, dass das RipA4-Genprodukt sich wiederum ausschließlich in den Buchnera-Zellen wiederfindet (Current Biol. 24: R640-41).

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Das Szenario, das sich davon ableitet, ist also das folgende: Irgendwann holten sich die Erbsenlaus-Vorfahren das RipA4-Gen per lateralem Gentransfer aus einem Bakterium und integrierten es in ihr eigenes Genom. Parallel dazu, oder auch später, etablierten und optimierten sie die innige Beziehung zu den Buchnera-Vorfahren in ihren Bakteriozyten. Im Zuge dieser “Optimierung” schmiss Buchnera ein Gen nach dem anderen aus dem Genom – und die Erbsenlaus merkte ihrerseits, dass das gerade erworbene RipA4-Gen am meisten bringt, wenn sie es in den Bakteriozyten exprimiert und das RipA4-Protein dort den Buchnera-Partnern überlässt. Wobei noch nicht klar ist, welche Verwendung genau Buchnera für RipA4 hat.

Also nochmal kurz: Die Erbsenlaus holt sich ein Gen aus einem Bakterium ins eigene Genom und exprimiert es, um das Produkt einem anderen endosymbiontischen Bakterium zur Nutzung zu überlassen. Eine doppelte Gen-Umwidmung also, die jedoch kein abgedrehter Einzelfall sein muss. Auch bei der Etablierung der Plastiden aus ihren cyanobakteriellen Vorläufern scheinen Gene mitgespielt zu haben, die bereits zuvor aus ganz anderen bakteriellen Linien horizontal ins Wirtsgenom eingeschleust worden waren.

Also wieder Mal ein schönes Beispiel, warum man, wenn man die Wege der Gene im Laufe der Evolution rekonstruiert, öfter an das „Toyota-Prinzip“ erinnert wird: Nichts ist unmöglich.

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Letzte Änderungen: 01.03.2016


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