FRANKFURT. In der Evolution war die räumliche Unterteilung der Zelle in Kompartimente mit unterschiedlichen Funktionen ein wichtiger Schritt. Höhere Lebewesen besitzen spezialisierte Zellorganellen für die Energiegewinnung, Informationsverarbeitung und Proteinsynthese. In den zellkernlosen Prokaryoten laufen alle diese Funktionen dagegen ohne räumliche Trennung im Cytoplasma ab. Doch jetzt haben Biologen der Goethe-Universität zusammen mit Kollegen an der Universität Regensburg entdeckt, dass dies nicht für alle Prokaryoten gilt. In dem Archaebakterium Ignicoccus hospitalis finden Energiestoffwechsel und Informations-Verarbeitung in unterschiedlichen Bereichen der Zelle statt. Möglicherweise stellt es einen Vorläufer auf dem Weg zu den höheren Organismen dar.

Ignicoccus hospitalis (= gastliche Feuerkugel) wurde vor einigen Jahren von der Regensburger Arbeitsgruppe aus einem untermeerischen Vulkangebiet um Island (Kolbeinsey-Rücken) isoliert. Durch eine optimale Wachstumstemperatur von 90 °C und die Verwertung von Schwefel, Wasserstoff und Kohlendioxid ist es bestens an solche (urtümlichen) Biotope angepasst. Als Besonderheit verfügt Ignicoccus hospitalis als einziges Archaebakterium über zwei Membranen und über einen ungewöhnlich großen Intermembranraum, über dessen Funktion bisher nur spekuliert wurde.

Jetzt ist es der Regensburger Forschergruppe um Dr. Harald Huber in Zusammenarbeit mit Prof. Volker Müller von der Goethe Universität gelungen, das Rätsel zu lösen: Offenbar produziert das Archäon in diesem Bereich Energie. „Für die Fachwelt ist diese eine aufsehenerregende Entdeckung“, urteilt Müller, „denn erstmalig haben wir einen Prokaryoten mit einer energetisierten äußeren Membran gefunden“. Die innere Membran umschließt dagegen die DNA. Dies berichten die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Sciences.

Die Entdeckung wirft zahlreiche Fragen auf, etwa die nach der Kommunikation zwischen den beiden Zellkompartimente oder auch der allgemeinen Definition und Funktion einer cytoplasmatischen Membran. Spannend bleibt auch die Frage, ob das Archäon ein Missing Link im evolutionären Stammbaum darstellt.

Informationen: Prof. Volker Müller, Institut für Molekulare Biowissenschaften, Campus Riedberg, Tel: (069) 798-29507, -29508, vmueller@em.uni-frankfurt.de
Dr. Harald Huber, Lehrstuhl für Mikrobiologie und Archaeenzentrum, Universität Regensburg, Tel: (0941) 943-3185, harald.huber@biologie.uni-regensburg.de

Publikation: Energized outer membrane and spatial separation of metabolic processes in the hyperthermophilic Archaeon Ignicoccus hospitalis (PNAS, in press, electronic edition Feb. 2010).

Bildtext zum Download in der rechten Spalte: Diese elektronenmikroskopische Darstellung einer Ignicoccus hospitalis-Zelle zeigt die räumliche Trennung von Energiegewinnung und Informationsverarbeitung. In der äußeren Membran (ÄM) liegen die für die Energiegewinnung zuständigen ATP-Synthase-Komplexe (schwarze Markierungen). Im Cytoplasma C findet die Informationsverarbeitung statt ( IM = innere Membran, IR = Intermembranraum).