News: Ein Dogma wankt
Eukaryoten haben sie, Prokaryoten nicht. Doch das Dogma, dass Bakterien keine von Membranen umspannten Zellorganellen besitzen, wankt - und mit ihm die Allgemeingültigkeit der Endosymbiontentheorie.
© Kildare Kiranda (Ausschnitt)
Die Zellen, aus denen Mücken, Menschen und Maiglöckchen bestehen, erweisen sich beim Blick durch das Elektronenmikroskop als wohl organisierte, hoch komplexe Strukturen: Denn neben dem Zellkern tummeln sich hier jede Menge Strukturen – die "Organe" der Zellen, auch Organellen genannt. Da gibt es die Energie erzeugenden Mitochondrien, den an Synthese und Sortierung von Zellprodukten beteiligten Golgi-Apparat, die für die Verdauung zuständigen Lysosomen oder die Photosynthese betreibenden Chloroplasten.
Ganz anders eine Bakterienzelle: Hier ist das genetische Material nicht in einem Zellkern verpackt, und auch sonst finden sich, außer der Zellmembran selbst, keine abgeschlossenen Membranstrukturen. Prokaryoten – also Organismen ohne Zellkern, zu denen die Bakterien zählen – besitzen im Gegensatz zu Eukaryoten keine echten Zellorganellen.
So dachte man zumindest bisher.
Doch die Arbeitsgruppe von Roberto Docampo von der University of Illinois at Urbana-Champaign stellt dieses Dogma nun in Frage. Denn sein Mitarbeiter Manfredo Seufferheld entdeckte mit dem Elektronenmikroskop bei dem Keim Agrobacterium tumefaciens – einem Erreger von Pflanzenkrankheiten, den Genetiker gerne als Arbeitstier nutzen – eine membranumgebene Struktur, welche den Forschern sehr bekannt vorkam: Sie erinnerte sie an so genannte Acidocalcisomen.
Diese Organellen fand Docampo bereits bei verschiedenen Parasiten, wie Trypanosoma, dem Erreger der Schlafkrankheit, oder beim Malariaerreger Plasmodium berghei. Die Acidocalcisomen zeichnen sich durch ihren stark sauren, calciumreichen Inhalt aus, besitzen in ihrer Membran Protonenpumpen und verfügen über bestimmte Enzyme, die am Phosphathaushalt der Zelle beteiligt sind.
Und die Strukturen in Agrobacterium tumefaciens zeigen ähnliche Eigenschaften: Sie sind von einer Membran vollständig umgeben, innen sauer, haben Protonenpumpen und sind reich an Polyphosphaten. "Was wir beschreiben, ist eine separate, von der Plasmamembran unabhängige Organelle", betont Docampo. "So etwas wurde bisher noch nie in einem Bakterium gesehen."
Damit fordern die Forscher die Endosymbiontentheorie heraus, demzufolge die Zellorganellen nichts anderes als verschluckte Bakterien sind, die sich ein Vorfahre der Eukaryoten einst einverleibt hat, und die seitdem ihr Dasein im Innern der Zelle als hilfreiche Symbionten fristen. Für Mitochondrien und Chloroplasten wird diese Theorie kaum noch angezweifelt, sie muss jedoch nicht für alle Organellen gelten. Wenn sowohl Bakterien als auch tierische Einzeller mit den Acidocalcisomen tatsächlich über gleiche Organellen verfügen, dann besaß auch ihr gemeinsamer Vorfahre bereits diese Strukturen – bevor Prokaryoten und Eukaryoten getrennte Wege gingen.
Ganz anders eine Bakterienzelle: Hier ist das genetische Material nicht in einem Zellkern verpackt, und auch sonst finden sich, außer der Zellmembran selbst, keine abgeschlossenen Membranstrukturen. Prokaryoten – also Organismen ohne Zellkern, zu denen die Bakterien zählen – besitzen im Gegensatz zu Eukaryoten keine echten Zellorganellen.
So dachte man zumindest bisher.
Doch die Arbeitsgruppe von Roberto Docampo von der University of Illinois at Urbana-Champaign stellt dieses Dogma nun in Frage. Denn sein Mitarbeiter Manfredo Seufferheld entdeckte mit dem Elektronenmikroskop bei dem Keim Agrobacterium tumefaciens – einem Erreger von Pflanzenkrankheiten, den Genetiker gerne als Arbeitstier nutzen – eine membranumgebene Struktur, welche den Forschern sehr bekannt vorkam: Sie erinnerte sie an so genannte Acidocalcisomen.
Diese Organellen fand Docampo bereits bei verschiedenen Parasiten, wie Trypanosoma, dem Erreger der Schlafkrankheit, oder beim Malariaerreger Plasmodium berghei. Die Acidocalcisomen zeichnen sich durch ihren stark sauren, calciumreichen Inhalt aus, besitzen in ihrer Membran Protonenpumpen und verfügen über bestimmte Enzyme, die am Phosphathaushalt der Zelle beteiligt sind.
Und die Strukturen in Agrobacterium tumefaciens zeigen ähnliche Eigenschaften: Sie sind von einer Membran vollständig umgeben, innen sauer, haben Protonenpumpen und sind reich an Polyphosphaten. "Was wir beschreiben, ist eine separate, von der Plasmamembran unabhängige Organelle", betont Docampo. "So etwas wurde bisher noch nie in einem Bakterium gesehen."
Damit fordern die Forscher die Endosymbiontentheorie heraus, demzufolge die Zellorganellen nichts anderes als verschluckte Bakterien sind, die sich ein Vorfahre der Eukaryoten einst einverleibt hat, und die seitdem ihr Dasein im Innern der Zelle als hilfreiche Symbionten fristen. Für Mitochondrien und Chloroplasten wird diese Theorie kaum noch angezweifelt, sie muss jedoch nicht für alle Organellen gelten. Wenn sowohl Bakterien als auch tierische Einzeller mit den Acidocalcisomen tatsächlich über gleiche Organellen verfügen, dann besaß auch ihr gemeinsamer Vorfahre bereits diese Strukturen – bevor Prokaryoten und Eukaryoten getrennte Wege gingen.
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