Enzymaktivität

Enzymaktivität unter Extrembedingungen

25.06.2008 | Redakteur: Olaf Spörkel

Dr. Olga Golyshina (links) und Prof. Peter Golyshin mit ihrem purpurroten Untersuchungsobjekt Ferroplasma acidiphilum, das auch unter extremen Bedingungen Enzymaktivität zeigt.

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat ein Protein identifiziert, das unter extremen Bedingungen Enzymaktivität aufweist und sogar Säuren sowie gelöste Metalle benötigt, um arbeiten zu können.

Braunschweig - Das Archaebakterium Ferroplasma acidiphilum lebt bevorzugt in Säuren und Lösungen von Metall-Salzen und ist an äußerst lebensfeindliche Umgebungen angepasst. Wissenschaftler vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) haben gemeinsam mit Kollegen aus Spanien und Großbritannien aus dem Bakterium eine DNA-Ligase isoliert, die auch in sehr saurer Umgebung bei niedrigem pH-Wert Enzymaktivität aufweist. Selbst DNA-Ligasen von extremophilen Mikroorganismen, die bevorzugt in Säuren, Laugen, heißen Quellen oder im Eis leben, brauchen normalerweise ausgeglichene Umweltbedingungen.

Eisen-Ionen als Voraussetzung für Enzymaktivität

Im Gegensatz zu anderen DNA-Ligasen, die auf Magnesium und Kalium angewiesen sind, benötigt das Enzym aus Ferroplasma Eisen für die Enzymaktivität. Die Eisenionen liegen im Bakterium Ferroplasma in einer chemischen Form vor, die in anderen Zellen das Erbmaterial stark schädigt und Mutationen auslöst.

„Offensichtlich ist es ein Widerspruch, dass ein Enzym zur DNA-Reparatur Metallionen enthält, die DNA schädigen“, sagt Projektpartner Prof. Peter Golyshin. Er vermutet, dass die Gattung Ferroplasma ihre ökologische Nische vor langen geologischen Zeiträumen erobert hat, als die Erde noch sehr unwirtlich war und sich fast überall Säuren und Metalle in gelöster Form fanden. Peter Golyshin: „Ferroplasma hat diese Substanzen vermutlich in den Stoffwechsel eingebaut. Und als sein Lebensraum immer seltener auf der Erde wurde, hat es diesen nicht mehr verlassen.“

Zukünftiger Nutzen

„Enzyme braucht man für biotechnologische und biomedizinische Verfahrenstechniken. Oft sind die chemischen Bedingungen, unter denen die Prozesse ablaufen, eher lebensfeindlich. Von Ferroplasma, seiner DNA-Ligase und anderen Enzymen können wir lernen, wie man die Reaktionspartner an solche Bedingungen optimal anpasst“, fasst Prof. Ken Timmis, Leiter der HZI-Gruppe Umweltmikrobiologie den zukünftigen Nutzen der Erkenntnisse zusammen. Auch Anwendungen in der Medizin hält Timmis für möglich: „Das Wissen über die DNA-Reparatur in saurem Milieu könnte uns helfen, solche Effekte abzuschwächen, die bei einer Übersäuerung von Zellen auftreten und die die Tumorentstehung begünstigen.“

Originalpublikation: Manuel Ferrer et al.: A purple acidophilic di-ferric DNA ligase from Ferroplasma. PNAS published June 24, 2008, 10.1073/pnas.0800071105 (Biochemistry).

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