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Egoismus-Gen steuert soziales Zusammenleben bei Hefepilzen

Von der EU-Kommission geförderte Wissenschaftler haben ein einzelnes Gen identifiziert, das das soziale Verhalten bei Hefepilzen steuert. Hefepilzzellen mit dem Gen FLO1 kleben buchstäblich zusammen, um einander vor Gefahren wie zum Beispiel Antibiotika oder Alkohol zu schütze...

Von der EU-Kommission geförderte Wissenschaftler haben ein einzelnes Gen identifiziert, das das soziale Verhalten bei Hefepilzen steuert. Hefepilzzellen mit dem Gen FLO1 kleben buchstäblich zusammen, um einander vor Gefahren wie zum Beispiel Antibiotika oder Alkohol zu schützen. Hefepilzzellen ohne das FLO1-Gen wurden gleichzeitig aus der Gruppe ausgeschlossen. Die Erkenntnisse werfen nicht nur neues Licht auf die Evolution des Sozialverhaltens und die Funktionsweise von Egoismus-Genen, sondern könnten sich auch in der Brauindustrie und in Krankenhäusern als nützlich erweisen, da sich auch dort viele krankheitserregende Typen von Hefepilzen zusammenballen, was deren Behandlung äußerst schwierig macht. Die in der Zeitschrift Cell veröffentlichte Arbeit wurde teilweise durch das von der Europäischen Kommission finanzierte FUNGWALL-Projekt ("The fungal cell as a target for antifungal therapies") gefördert, das durch den Themenbereich "Biowissenschaften, Genomik and Biotechnologie im Dienste der Gesundheit" des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) finanziert wird. Die Fähigkeit der Hefepilze (Saccharomyces cerevisiae) zur Bildung von Zusammenballungen ist Brauern gut bekannt; sie nutzen diese Fähigkeit aus, um die Hefe aus dem Bier zu entfernen, wenn die Fermentation abgeschlossen ist. Diese Eigenschaft ist jedoch von Wissenschaftlern weitgehend ignoriert worden, und bei vielen der in Labors verwendeten Hefepilzstämmen ist diese Neigung zur Zusammenballung herausgezüchtet worden. In dieser neuesten Studie erläutern Wissenschaftler aus Belgien, Frankreich und den USA, wie ein einzelnes Gen, FLO1, für das Zusammenballungsverhalten der Hefe verantwortlich ist. FLO1 erzeugt ein haftendes Protein an den Zelloberflächen, das das Zusammenkleben einzelner Hefezellen und die Ausbildung von riesigen Klumpen (auch als "Flocken" bekannt), die tausende von Zellen enthalten, verursacht. Zellen innerhalb der Zusammenballung sind durch die äußeren Zellen, die sich zugunsten des Gemeinwohls opfern, vor Stress, Antibiotika und anderen Gefahren geschützt. Man könnte annehmen, dass ein solches System "Betrüger" begünstigt, dass also Zellen, die nicht in die Erzeugung des klebrigen Proteins investieren, doch vom Schutz des Zusammenballungsverhaltens profitieren. Solchen Betrügern würde es dann theoretisch besser ergehen als Nicht-Betrügern und sie würden dann schließlich die Population dominieren. Tatsächlich geschieht dies selten. Die Zusammenarbeit bringt oft Vorteile für beide, für die Helfer und für jene, denen geholfen wird. Individuen können auch dazu angeregt werden, Verwandten zu helfen, wenn dies auch sicherstellt, dass deren Gene (die die Verwandten auch tragen) in die nächste Generation gelangen. Im Fall der Hefepilze umgeht FLO1 das Problem der Betrüger jedoch auf eine andere Weise. "Bemerkenswert ist", erläutert Kevin Verstrepen von der Harvard-Universität in den USA und vom Flämischen Institut für Biotechnologie (VIB) in Belgien, "dass FLO1 aufzeigende Zellen nicht nur gegen Stress zusammenarbeiten, sie sind auch in der Lage, Zellen ohne FLO1 aus der Flocke auszuschließen und diese hoffnungsvollen Betrüger ungeschützt zu lassen. Ein Gen ist für all das verantwortlich." Die Forscher vermuten, dass der damit verbundene Mechanismus sehr einfach sein könnte: Zwei Zellen mit FLO1-Proteinen können Doppelbindungen eingehen, die stärker als die einfachen Wechselwirkungen zwischen einer Zelle mit den klebrigen Proteinen und einer Zelle ohne diese sind. Die Wirkung von FLO1 ist so stark, dass Hefepilzellen verschiedener Spezies erfolgreich zusammenkleben, solange sie nur beide das FLO1-Gen aufweisen. Dies bringt die Forscher zu der Annahme, dass FLO1 ein "green beard-Gen" sein könnte. Dies sind Gene, die sowohl das Zusammenleben steuern als auch sicherstellen, dass altruistische Individuen identifiziert werden können, sodass Betrüger ausgeschlossen werden können und die Dominierung der Population durch diese verhindert werden kann. Bisher sind nur sehr wenige green beard-Gene gefunden worden. "FLO1 liefert auch eine beeindruckende Unterstützung für die 'Egoismus-Gen-Theorie', die Gene und nicht Genome in den Mittelpunkt der Evolution rückt", bemerkt Kevin Foster von der Harvard-Universität. "FLO1 ist ein Egoismus-Gen, das seine eigene Fortpflanzung ohne großen Einfluss durch den Rest der Gene des Genoms fördert, obwohl es diese 'egoistische' Handlung in bemerkenswerter Weise mit Hilfe der Förderung eines Aktes des sozialen Zusammenlebens ausführt." Die Arbeit könnte bedeutende praktische Auswirkungen haben. Die Forscher fanden heraus, dass die Hefepilze nur dann das klebrige FLO1-Protein erzeugen, wenn ihnen das Vorhandensein einer anderen Chemikalie anzeigt, dass viele andere Hefezellen in der Nähe sind; Brauer könnten diese Informationen verwerten, um das Zusammenballungsverhalten der Hefe für eine optimale Bierherstellung zu steuern. Im klinischen Bereich ballen sich krankheitserregende Hefepilzzellen oft zu Biofilmen zusammen, die äußerst schwierig zu behandeln sind. Bei Menschen, deren Immunsystem in Folge von Krebsbehandlungen, HIV-Infektion oder Organtransplantationen geschwächt ist, können diese Infektionen tödlich sein. Dr. Verstrepen stellt fest: "Tausende Menschen sterben jährlich nicht an AIDS oder Krebs, sondern an Hefepilzinfektionen. Ist die Infektion erst einmal im Blutkreislauf, ist die Erkrankung tödlich." Die Forscher hoffen, dass das Wissen darüber, was das Zusammenballen der Hefepilze bewirkt, Ärzten bei der Bekämpfung dieser Infektionen behilflich sein könnte.

Länder

Belgien, Frankreich, Vereinigte Staaten

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