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Mikrobiologie

Die vielseitige Rüstung der Mikroben

Ohne die S-Schicht (unten r.) wachsen Archaeen auf das Fünffache ihrer Größe an (oben r.).
Ohne die S-Schicht (unten r.) wachsen Archaeen auf das Fünffache ihrer Größe an (oben r.).(c) Zink et al., 2019 Nature Communications

Eine dicke Schicht aus Proteinen schützt die meisten Archaeen und viele Bakterien vor widrigen Umweltbedingungen. Eine neue Studie zeigt, dass der Panzer auch eine wichtige Rolle im Zellzyklus spielt.

Sie kommen an den unwirtlichsten Orten der Erde vor, in heißen Tiefseequellen gedeihen sie ebenso wie in schwefeligen Vulkanseen, weder Säure noch Salz schrecken sie ab, und selbst die unerbittliche Strahlung des Weltraums kann manchen Arten nichts anhaben – Archaeen zählen zu den widerstandsfähigsten Lebensformen der uns bekannten Biosphäre. Und das schon seit Äonen: Manches deutet darauf hin, dass sie bereits seit 3,7 Milliarden Jahren den Planeten besiedeln.

Die Einzeller, die neben den Bakterien und Eukaryoten (Lebewesen mit Zellkern, z. B. Pflanzen und Tiere) eine der drei Domänen des Lebens bilden, verdanken ihre außergewöhnliche Zähigkeit unter anderem der sog. S-Schicht, einer speziellen Hülle aus Proteinen, die sie wie eine Rüstung umschließt. Sie erlaubt den Mikroben, Umweltbedingungen zu tolerieren, die einen Menschen binnen kürzester Zeit töten würden. Doch auch für die Stabilität ihrer Zellmembranen, die Wechselwirkung mit ihrer Umgebung und den Schutz vor Viren ist der Eiweißmantel wichtig.

Eine bisher unbekannte Funktion der S-Schicht konnten Wissenschaftler um die Mikrobiologin Christa Schleper vom Department für Ökogenomik und Systembiologie der Universität Wien in einer neuen Studie (Nature Communications, 22. 11.) nachweisen: Nimmt man ihnen ihre Rüstung weg, gelingt es den Zellen nicht mehr, sich ordentlich zu teilen.

 

Experimente mit Genscheren

Zu diesem Ergebnis gelangten die Forscher mit Archaeen der Spezies Sulfolobus solfataricus, die in über 80 Grad heißen, sauren und schwefelhaltigen Vulkanquellen leben. Für die Experimente wurde ihnen eine leicht veränderte Variante der in diesen Zellen natürlich vorkommenden „Genschere“ Crispr eingepflanzt. Damit reduzierte sich die Produktion der Hüllenproteine in den Zellen, da Crispr die entsprechenden Botenmoleküle des Erbguts, die Messenger-RNA, zerschnitt.

So erzeugten die Wissenschaftler Archaeen, deren S-Schicht entweder großteils oder komplett fehlte. Das hatte dramatische Folgen: Die nackten Einzeller wuchsen auf das Fünffache ihrer Größe an und verloren jegliche Form. Außerdem häuften sie in ihrem Inneren viele Kopien ihres gesamten Erbguts an – für die Forscher ein eindeutiges Indiz, dass die S-Schicht für eine kontrollierte und erfolgreiche Zellteilung wichtig ist, da vor jeder Verdopplung zunächst das Genom kopiert wird.

 

Nackt, aber vor Viren geschützt

Vorangegangene Forschungsarbeiten hätten zudem bereits nahegelegt, dass die S-Schicht eine Rolle in der Zellteilung spielt, schreiben die Erstautoren Anna Zink und Kevin Pfeifer in ihrer vom Wissenschaftsfonds FWF geförderten Studie. Vermutlich haben die Proteine des Schutzschilds eine wichtige Funktion in der Einstülpung der Membran entlang der Teilungslinie.

Das Fehlen der S-Schicht hatte aber auch Vorteile: Die entblößten Mikroben waren vor den Angriffen eines Virus, der sich auf Sulfolobus-Archaeen spezialisiert hatte, gefeit. Da sie normalerweise direkt an der Oberfläche ihrer Opfer andocken, schließen die Mikrobiologen aus ihren Beobachtungen, dass die S-Schicht-Proteine eine wichtige Bindungsstelle für die Viren darstellen.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 30.11.2019)