Sie hat 112 Wissenschaftler rund um den Globus drei Jahre lang beschäftigt – die Grünalge Chlamydomonas. Sie haben nahezu ihr gesamtes Genom, bestehend aus rund 15.000 Genen, entschlüsselt. Dabei entdeckten sie nicht nur zahlreiche neue Proteine, sondern erhielten auch wertvolle Einblicke in die Physiologie der Zellen allgemein, wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten.
Ähnlich wie das Human Genom Projekt schlossen sich im Chlamydomonas-Projekt Wissenschaftler aus zahlreichen Ländern und von vielen Institutionen zusammen, um gemeinsam das Genom der winzigen Alge aufzuschlüsseln. Der Einzeller lebt in nahezu jedem Teich, See oder Tümpel, seine genetische Ausstattung war aber bis vor drei Jahren nahezu unbekannt. Jetzt eröffnet sich den Forschern dagegen eine Fülle neuer, spannender Einblicke – nicht nur in die Genetik der Algen.
„Es ist wie ein Wörterbuch der Gene“, erklärt Sabeeha Merchant, Professor für Biochemie an der Universität von Kalifornien in Los Angeles und Hauptautorin der Studie. „Wir kennen die Wörter und jetzt wollen wir lernen zu sprechen. Wir haben uns von einem Vokabular von 200 Wörtern auf 14.250 Wörter gesteigert. Jeder von uns versucht nun, die Wörter und Sätze im Rahmen seines jeweiligen Forschungsprogramms zusammenzufügen.“
Neue Gene, unbekannte Funktionen
Die Chlamydomonas-Gene enthalten eine Fülle von Daten über die gemeinsamen Vorfahren von Pflanzen und Tieren, darunter viele, die bei Landpflanzen längst verloren gegangen sind. Andere sind in ähnlicher Form und Funktion auch beim Menschen und anderen Säugetieren präsent. Für eine ganze Reihe von Gensequenzen ist die Funktion bisher völlig unbekannt, die Wissenschaftler vermuten aber, dass sie mit entscheidenden Stoffwechselprozessen in Verbindung stehen.
„Dieser Einzeller tut biochemisch vieles, was auch komplexere Organismen tun“, erklärt Merchant. „Er muss schwimmen, Nahrung finden, macht Photosynthese und paart sich. Wir haben jetzt gesehen, dass wir längst nicht alles über die Photosynthese wissen. Wir haben viele antioxidative Proteine gefunden – Photosynthese gehört zu den stärksten Oxidantien im Körper, daher musste es einen Schutzmechanismus dagegen geben, denn Oxidation verursacht Alterung. Jetzt haben wir Proteine entdeckt, die für diesen Schutz sorgen könnten.“
45 Prozent der Proteingruppen auch beim Menschen
Die Forscher identifizierten allein 200 Gene, deren Funktion vollkommen unbekannt ist. „Das ist aufregend, wir wissen noch nicht, was sie tun“, so Merchant. „Wir hoffen aber, es nun bald aufklären zu können.“ Es fanden sich aber auch zahlreiche neue Proteine, die nicht nur eine bekannte Funktion haben, sondern diese auch bei höheren Tieren und dem Menschen übernehmen.
So beeinflussen einige von ihnen beispielsweise die Cilien, haarförmige Zellbestandteile, die auch im menschlichen Körper wie beispielsweise in den Lungen, den Nieren oder dem Gehirn eine lebenswichtige Rolle spielen. Embryonen, denen durch Mutation Cilien fehlen, sterben schon im frühesten Stadium ab, spätere Cilienverluste ziehen schwere Krankheiten nach sich. Modellorganismen wie Chlamydomonas sind daher für die Wissenschaftler eine Fundgrube, um solche Fehlfunktionen aufzuklären.
Bei einer vergleichenden Analyse von 6.968 Proteinfamilien, die in verschiedenen Arten ähnliche Aminosäuresequenzen aufweisen, stellte sich heraus, dass Chlamydomonas 35 Prozent seiner Proteine sowohl mit den Blütenpflanzen als auch mit dem Menschen teilt, zehn weitere Prozent nur mit dem Menschen. Das betätigt den Modellcharakter dieses Einzellers, denn viele Mechanismen, die in Algen ablaufen, finden ebenso in anderen Lebensformen und Zelltypen statt. „Wir studieren die Algen, um zu verstehen, wie Zellen allgemein funktionieren“, erklärt Merchant. „Denn es ist einfacher, mit einem Mikroorganismus zu arbeiten.”
(University of California – Los Angeles, 12.10.2007 – NPO)
