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Wissen & Umwelt

Rätsel um Chloroplasten-Geheimgang gelöst

Frankfurter Zellbiologe enthüllt, wie sperrige Eiweiß-Moleküle ins Innere der Photosynthese-Fabriken geschleust werden. Dies könnte - ja, Sie lesen richtig - ein neuer Therapieansatz im Kampf gegen Malaria sein.

Chloroplasten der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) Foto: Enrico Schleiff

Sie gaben das Geheimnis preis: Chloroplasten der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana)

Im Inneren von grünen Pflanzenzellen läuft einer der wichtigsten Prozesse auf unserem Planeten ab: die Photosynthese, bei der lebenswichtiger Sauerstoff frei wird und Zuckermoleküle gebaut werden.

Für diesen komplizierten Prozess braucht die Pflanze unter anderem Eiweiß-Moleküle. Große, sperrige Pakete, die durch die winzigen Poren in den Photosynthese-Fabriken, den Chloroplasten, geschleust werden müssen. Wie das überhaupt funktionieren kann, war bislang ein Rätsel.

Gezähmte Eiweiß-Riesen - wie Würstchen im Schlafrock

Enrico Schleiff konnte dieses Geheimnis nun lüften. Der Zellbiologe an der Goethe Universität in Frankfurt am Main konnte nachweisen, dass die benötigten sperrigen Eiweißmoleküle mit einer Art Zwangsjacke zu einem dünnen Eiweiß-Fädchen gepresst werden und so durch die winzigen Poren der Chloroplasten-Wand passen.

(Grafik: Enrico Schleiff)

Der Lieferanten-Eingang - der Durchbruch im Kampf gegen Malaria und Toxoplasmose?

Die so genannten "Reisebegleiter-Moleküle" – im Fachjargon Chaperones - verhindern dabei nicht nur, dass sich die Aminosäureketten breit machen und sich zu einem räumlich komplexen Eiweiß auffalten. Die "Reisebegleiter" schleusen die lange Aminosäurekette auch bis zum "Lieferanteneingang“, wo sie dann von einer Miniatur-Nähmaschine aus Membranproteinen ins Innere des Chloroplasten gefädelt wird.

Spannend für die Forscher: alle Chloroplasten, ob in Pflanzen, Bakterien oder Einzellern, scheinen nach dem selben Prinzip zu funktionieren. Auch die Chloroplasten in gefährlichen Krankheitserregern.

Können Fernreisende und Katzenliebhaber aufatmen?

"Quasi nebenbei", erzählt Enrico Schleiff "hat sich damit ein neuer Therapieansatz im Kampf gegen die Malaria und Toxoplasmose ergeben."

Denn auch einzellige Krankheitserreger enthalten überraschenderweise Reste von Chloroplasten. Zum Beispiel Toxoplasma gondii, der Erreger der Toxoplasmose, einer häufig auftretenden Infektionskrankheit, die hauptsächlich Katzen befällt oder Plasmodium spec., der Erreger der Malaria.

Enrico Schleiff hat hier aufgezeichnet, wie der Lieferanteneingang der Chloroplasten funktioniert

Überall das gleiche Strickmuster: auch in den Erregern von Malaria und Toxoplasmose

Ließe sich nun auch der Lieferanten-Eingang in den Chloroplasten dieser Krankheitserreger gezielt blockieren, spekuliert Enrico Schleiff, hätte man eine neue, scharfe Waffe gegen Malaria und Toxoplasmose in der Hand.

Diese völlig neuartige Strategie hätte den Vorteil, dass es keinerlei Resistenzen gäbe.

Die Endosymbionten-Theorie

Die aktuellen Forschungsergebnisse stützen die so genannte Endosymbionten-Theorie. Vereinfacht gesprochen besagt sie, dass im Laufe der Entwicklung des Lebens die Zelle eines einzelligen Lebewesens von der Zelle eines anderen einzelligen Lebewesens geschluckt wurde und zu einem Bestandteil eines so entstandenen höheren Lebewesens wurde.

Im Laufe der Evolution entstanden auf diese Weise immer komplexere Lebewesen. Auch Bestandteile menschlicher Zellen wie die Mitochondrien gehen ursprünglich auf einzellige Lebewesen zurück.

Alles nur geklaut

Auch die Chloroplasten sind nichts anderes als Bakterien, die sich Pflanzen in grauen Urzeiten einverleibt haben. Mit deren Hilfe betreiben grüne Pflanzen seit Milliarden Jahren Photosynthese: mit Hilfe von Sonnenlicht stellen sie Zucker her. Das Abfallprodukt der Photosynthese, der Sauerstoff - ist nichts Geringeres als die Grundlage unserer Existenz.

Autorin: Ulrike Wolpers

Redakteurin: Judith Hartl