Auf dem Trockenen

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Wassermangel bedeutet für die meisten Organismen das sichere Todesurteil - nicht aber für einige Spezialisten. In Krisenzeiten fahren jene Lebenskünstler ihren Wassergehalt drastisch herunter und überdauern in einem inaktiven Stadium die unwirtlichen Bedingungen. Diese Fähigkeit verdanken Fadenwürmer dem im großen Maßstab produzierten Zucker Trehalose, der ihre Membranen intakthält. Und offensichtlich steht diesen schützenden Molekülen ein bestimmtes Protein hilfreich zur Seite, das in ähnlicher Form in trockengelegten Pflanzen auftritt.

Ulrike Knoll

Für das Gros der Organismen stellt Wasser das Lebenselixier schlechthin dar, doch einige gut angepasste Organismen sind keineswegs auf Gedeih und Verderb darauf angewiesen. Trocken wie Staub überleben Fadenwürmer, Bärtierchen und bestimmte Pflanzen in einem völlig inaktiven Dauerstadium Zeiten der Wassernot – wenn nötig sogar ein Jahrzehnt oder länger. Droht ihr Habitat auszutrocknen, verlieren sie kurzerhand nahezu ihr gesamtes Körperwasser – eine als Anhydrobiose (griech.: anhydros = wasserlos, biosis = Leben) bezeichnete Anpassung.

Um sich ohne Wasser über Wasser zu halten, verfügen diese Spezialisten über besondere Schutzmechanismen in Form von nicht-reduzierenden Zuckerverbindungen. So häufen dehydrierte Fadenwürmer in Notzeiten massenhaft Trehalose an. Vermutlich vermag dieses Disacharid aus zwei Glucosemolekülen die Zellen zu schützen, indem es den natürlichen Wassermantel ersetzt, der gewöhnlich Membranen und Proteine umhüllt. Gleichzeitig stabilisiert es den Zellinhalt, indem es zur Bildung einer intrazellulären organischen "Glasschicht" beiträgt. In Pflanzen übernimmt der Zucker Saccharose eine ähnliche Funktion.

Doch offenbar reichen die Zucker alleine nicht aus, um in den Anhydrobiose-Zustand einzutreten. So produzieren viele Pflanzen – insbesondere die Wiederauferstehungspflanze (Craterostigma plantagineum) sowie reifende Samen- und Pollenkörner – bei Wasserknappheit verstärkt so genannte LEA (late embryogenesis abundant)-Proteine. John Browne und seine Kollegen von der National University of Ireland Maynooth fragten sich nun, ob im Tierreich ähnliche Verbindungen existieren, die jener Proteinklasse zuzuordnen sind.

Um darauf eine Antwort zu finden, versetzten die Forscher den Fadenwurm Aphelenchus avenae durch eine 24-stündige Behandlung bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90 Prozent in die wasserarme Dauerform und untersuchten, welche Gene das Tier in dieser Phase verstärkt abliest. Unter den aktiven Erbanlagen zog insbesondere eine das Interesse der Wissenschaftler auf sich: Sie zeichnet sich verantwortlich für eine über 675 Basen umfassende Abschrift, welche die Bauanleitung für ein vorhergesagtes Protein aus etwa 143 Aminosäuren in sich trägt.

Und dieses Protein hat es in sich: Es enthält mindestens vier Kopien eines charakteristischen Motivs, das den Mitgliedern der Gruppe-3-Unterklasse von LEA-Proteinen gemeinsam ist. Jene typische Abfolge von Aminosäuren bildet womöglich eine alpha-Helix aus, die wiederum mehrere Proteine in Wechselwirkung miteinander treten lässt. Da sich diese Proteine nicht nur als extrem wasserliebend und resistent gegenüber der Denaturierung infolge von Hitzeeinwirkung erweisen, könnten sie als Puffer oder molekulare Anstandsdamen Organismen auch vor Schäden durch Wasserstress bewahren.

Möglicherweise wechselwirken nicht-reduzierende Zucker und LEA-Proteine miteinander, um eine stabile Glasschicht im Cytoplasma der anhydrobiotischen Pflanzen aufzubauen, worauf Laborversuche mit Pollen des Breitblättrigen Rohrkolbens (Typha latifolia) hindeuten. Jenes organische Glas könnte empfindliche Moleküle zeitlich und räumlich einfangen und sie somit vor der Austrocknung abschirmen. Falls das nun identifizierte LEA-Protein des Fadenwurms auf ähnliche Weise die Trehalose-Glasschicht stabilisiert, wäre dieser Schutzmechanismus nicht länger nur auf das Pflanzenreich beschränkt, sondern könnte als gemeinsame Strategie gegen Wassermangel auch auf die Tierwelt ausgeweitet werden.