Ein Team von Wissenschaftlern des Exzellenzclusters "Balance of the Microverse" hat einen bisher unbekannten Verjüngungsmechanismus in einzelligen Organismen entdeckt. Sie untersuchten einzellige Mikroalgen, die als Grundlage von Nahrungsketten in den Ozeanen dienen. Auch einzellige Organismen wie Mikroalgen altern, wenn sie sich aufgrund von Nährstoffmangel nicht mehr teilen können. Der neu entdeckte Mechanismus ermöglicht es alten Zellen, sich zu verjüngen und erneut zu teilen, nachdem sie nährstoffreiche Gebiete der Ozeane erreicht haben. Die Ergebnisse dieser Studie könnten weitreichende Konsequenzen für das Verständnis der Zellalterung und -regeneration in marinen Ökosystemen haben. Die entsprechende Studie wurde kürzlich in der Fachzeitschrift "Nature Microbiology" veröffentlicht.
Einzellige Organismen, wie z. B. Mikroalgen, vermehren sich durch Zellteilung. Doch wenn die ihnen zur Verfügung stehenden Nährstoffe erschöpft sind, stellen sie diesen Prozess ein. Die Zellen überleben und altern, können sich aber nicht mehr teilen. Im Ozean sorgen Strömungen dafür, dass diese "alten" Zellen in nährstoffreichere Gebiete transportiert werden können, in denen eine erneute Zellteilung möglich ist.
Das Forscherteam um Dr. Yun Deng, Postdoc am Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Jena und Erstautor der Studie, und Georg Pohnert, Professor für Analytische Chemie, hat nun entdeckt, dass alte Zellen über einen Verjüngungsmechanismus verfügen, der es ihnen ermöglicht, sich erneut zu teilen. Die Forscher entdeckten, dass diese Zellen Bläschen, so genannte Vesikel", absondern. Diese transportieren schädliche Stoffwechselprodukte und Giftstoffe aus den Zellen heraus und schaffen so die Voraussetzungen für eine neue Zellteilung.
"Unsere Studie hat gezeigt, dass diese Bläschenproduktion für die Zellverjüngung unerlässlich ist. Indem die Zellen schädliche Substanzen loswerden, schaffen sie die Voraussetzungen für eine neue Zellteilung", erklärt Prof. Pohnert. Die Forscher fanden auch heraus, dass dieser Verjüngungsprozess von Bakterien gesteuert wird. Diese Bakterien regen die Vesikelproduktion durch chemische Signale an und tragen so zur Wiederherstellung der Teilungsfähigkeit der alten Zellen bei. "Dies ist ein faszinierendes Beispiel für die komplexen Interaktionen zwischen Mikroorganismen im Ozean", sagt Dr. Deng.
Diese Erkenntnis könnte weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis der marinen Ökosysteme und der globalen biogeochemischen Kreisläufe haben. Im Plankton teilen sich Algen in einem enormen Tempo und tragen durch ihre Photosynthese zur globalen CO2-Fixierung und Sauerstoffproduktion bei. Tatsächlich produzieren die Algen in den Ozeanen fast so viel Sauerstoff wie alle Pflanzen auf der Erde zusammen. Der neu entdeckte Verjüngungsmechanismus liefert nun Erklärungen für die komplexen, sich jährlich wiederholenden Muster der Artenzusammensetzung im Plankton und damit für das grundlegende Verständnis der Funktionsweise des globalen Klimas.
Ursprüngliche Veröffentlichung:
Yun Deng, Ruyi Yu, Veit Grabe, Thomas Sommermann, Markus Werner, Marine Vallet, Christian Zerfaß, Oliver Werz & Georg Pohnert; "Bacteria modulate microalgal aging physiology through the induction of extracellular vesicle production to remove harmful metabolites"; Nat Microbiol (2024). https://doi.org/10.1038/s41564-024-01746-2External link
