Tübinger Forscher weisen erstmals altruistisches Verhalten bei Einzellern nach

Wird eine Zelle im Gewebe des menschlichen Körpers geschädigt oder von Viren infiziert, kann ein Programm aktiviert werden, dass den geregelten Selbstmord der Zelle einleitet. Durch die Apoptose, wie der geregelte Zelltod unter Wissenschaftlern genannt wird, opfern sich unbrauchbare oder gar gefährliche Zellen, um das umliegende Gewebe zu erhalten oder zu schützen. Diese Umprogrammierung einzelner Zellen erscheint vernünftig, wenn man die Überlebenschancen des gesamten Lebewesens betrachtet. Erstaunen rief aber vor einigen Jahren die Entdeckung von Tübinger Biochemikern hervor, die die Prozesse des geregelten Zelltods auch bei der einzelligen Bäckerhefe nachwiesen. Wozu sollte sich eine Zelle selbst töten, die ja bereits den gesamten Organismus bildet? Jetzt liefern die Tübinger Forscher Dr. Frank Madeo, Eva Herker, Helmut Jungwirth, Corinna Maldener, Silke Wissing und Sabrina Büttner vom Institut für Physiologische Chemie sowie Katharina Lehmann vom Wilhelm-Schickard-Institut für Informatik in Zusammenarbeit mit Forschern in Stanford, Graz und Göttingen die Erklärung nach: Zellen der Bäckerhefe mit dem wissenschaftlichen Namen Saccharomyces cerevisiae zeigen altruistisches Verhalten. Die Forschungsergebnisse zur Soziobiologie der Hefe wurden im Journal of Cell Biology (Band 164, Nummer 4, vom 16. Februar 2004) veröffentlicht und sollen Thema eines Interviews von Dr. Frank Madeo mit der Zeitschrift Science werden.

Altruistisches Verhalten ist aus dem Tierreich bekannt etwa bei der Fürsorge der Eltern, Großeltern oder anderer Verwandter für den Nachwuchs oder zum Beispiel im Ameisenstaat, wo die Arbeiterinnen zu Gunsten der Gemeinschaft auf eigene Nachkommen verzichten. Nun haben die Forscher Eva Herker und Frank Madeo nachgewiesen, dass in Zeiten der Nahrungsknappheit in einer alternden Hefepopulation ein Großteil der Zellen aktiv abstirbt, um Nahrungsressourcen für fittere Verwandte zu sparen. Die jüngeren Zellen haben somit die Chance auf ein längeres Überleben und können am besten die Weitergabe des genetischen Materials der Zellpopulation gewährleisten – da die Hefezellen sich durch Abschnürung von Tochterzellen aus der Mutterzelle ungeschlechtlich vermehren, besitzen die Zellen einer Population das gleiche Erbgut. Die älteren Zellen, die den Apoptoseprozess einleiten, geben Stoffe an die Umgebung ab, die das Überleben anderer Zellen stimulieren.

Die Apoptose in Hefezellen wird häufig durch so genannten oxidativen Stress ausgelöst, die Anreicherung von Sauerstoffradikalen. Bei diesem Signal werden in der Zelle Enzyme aktiviert, die den Zelltod auslösen. Eva Herker und Frank Madeo haben im Experiment den Selbstmord der Hefezellen verhindert, indem sie den Apoptoseprozess unterbrochen haben. Kurzfristig stellte dies für die alternden Hefezellen einen Überlebensvorteil dar. Doch offenbar häuften sich in der Population daraufhin geschädigte Zellen an, die nicht weiter wachsen konnten. Auf lange Sicht waren Populationen im Vorteil, in denen sich ein Teil der Zellen umgebracht hatte. Für Hefepopulationen ist somit der Selbstmord von einzelnen Zellen nicht nur sinnvoll, sondern für die Gesamtpopulation sogar überlebenswichtig.

Die Forschungsergebnisse haben weit reichende Bedeutung für verschiedenste Gebiete der modernen Medizin. So ist der aktive Zelltod von Einzellern ein möglicher Therapieansatz bei tropischen Erkrankungen wie Malaria oder der Schlafkrankheit, deren Erreger Einzeller sind. Mittlerweile benutzen weltweit etwa 50 Arbeitsgruppen die vergleichsweise einfach zu züchtende und zu vermehrende Hefe als Modellorganismus für die Erforschung der Apoptose. Denn Störungen des geregelten Zelltods spielen bei schweren Krankheiten des Menschen wie Aidsinfektionen, Krebs oder auch neurodegenerativen Erkrankungen eine Rolle.

Nähere Informationen

Dr. Frank Madeo
Institut für Physiologische Chemie
Hoppe-Seyler-Straße 4, 72076 Tübingen
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E-Mail: Frank.Madeo@uni-tuebingen.de