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News: Lockruf des Pilzes

Eigentlich führt die Bäckerhefe ein eher geschlechtsloses Leben. Doch wenn es dem Pilz schlecht geht, dann ist er einer sexuellen Vereinigung mit seinesgleichen durchaus nicht abgeneigt. Ein ausgeklügelter biochemischer Mechanismus sorgt dafür, dass sich die Geschlechtspartner finden.
Sie gehört nicht nur zu den ältesten "Haustieren" der Menschheit, sondern auch zu den am besten untersuchten Mikroorganismen. Seit Tausenden von Jahren nutzt der Mensch die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae zum Brotbacken und Bierbrauen, das Genom des Pilzes ist inzwischen vollständig entziffert. Als eukaryoter, also mit einem echten Zellkern ausgestatteter Organismus dient die Hefe als Modell für grundlegende biochemische Prozesse bei Pflanzen und Tieren.

Solange es den Pilzen gut geht, führen sie ein Leben als schlichte Einzeller und teilen sich rege. Wird die Nahrung jedoch knapp, dann wechseln die Zellen von dieser ungeschlechtlichen zur geschlechtlichen Vermehrung, um so ihr Erbgut neu zu kombinieren. Dafür verwandeln sie sich in so genannte Asci, die jeweils vier Sporen mit einem einfachen Chromosomensatz bilden. Die freigesetzten Sporen, die jeweils zu unterschiedlichen Geschlechtern gehören, können sich dann wieder zu neuen Hefezellen vereinigen, die wiederum über einen doppelten Chromosomensatz verfügen. Da sie sich aber äußerlich nicht unterscheiden lassen, sprechen die Mikrobiologen nicht von männlichen und weiblichen, sondern von plus- und minus-Sporen.

Doch wie wird dieser Prozess gesteuert, und wie finden sich die Geschlechter? Metodi Metodiev und David Stone von der University of Illinois beschäftigen sich schon seit Jahren mit diesem Problem. Zusammen mit Dina Matheos und Mark Rose von der Princeton University konnten sie die biochemischen Mechanismen der Pilzkommunikation aufklären.

Bekannt war bereits, dass die Sporen einen Lockstoff – also ein Pheromon – abgeben, das die normale Zellteilung stoppt und das jeweils andere Geschlecht anlockt. Dabei bindet das Pheromon an die Zellmembran des Geschlechtspartners und aktiviert hierbei ein so genanntes G-Protein. Dieses häufig vorkommende Signalprotein besteht aus drei Untereinheiten, jeweils alpha, beta und gamma genannt. Durch die Pheromonbindung spaltet sich die alpha-Untereinheit ab, und das verbleibende beta-gamma-G-Protein regt eine Enzymkaskade an, die schließlich in der Aktivierung des Enzyms MAPK – der mitogenaktivierten Protein-Kinase – mündet. MAPK wiederum wandert in den Zellkern und stoppt hier die Zellteilung.

Die Teilung darf jedoch nicht permanent unterbunden sein. Wie die Forscher jetzt herausfanden, bricht die frei gewordene alpha-Untereinheit des G-Proteins die Blockade wieder auf, indem es seinerseits an MAPK bindet, das daraufhin den Zellkern wieder verlässt. Andererseits scheint G-alpha das Enzym MAPK direkt zum Bindungsort des Pheromons zu lotsen, wodurch die Hefe in Richtung des Lockstoffs wächst – ein Vorgang, den Biologen als Chemotropismus kennen.

Interessant ist diese biochemische Choreografie nicht nur für Mikrobiologen, sondern auch für Mediziner – gelten doch Zellteilung und Zellwachstum als entscheidende Prozesse bei Krebs. Falls hier, wie die Wissenschaftler erwarten, ähnliche Steuerungsmechanismen ablaufen, könnte sich die Bäckerhefe wiederum als äußerst nützlich erweisen.

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