Forever young

Ein Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ der Universität Jena hat einen bislang unbekannten Verjüngungsmechanismus bei Einzellern entdeckt. Die Forschenden untersuchten einzellige Mikroalgen, die in den Ozeanen als Grundlage der Nahrungsketten dienen. Auch Einzeller altern, wenn sie sich wegen Nährstoffmangels nicht mehr teilen können. Der Mechanismus ermöglicht es alten Zellen, sich zu verjüngen und wieder zu teilen, nachdem sie in nährstoffreiche Gebiete gelangen. Die Ergebnisse der Studie könnten weitreichende Konsequenzen für das Verständnis der Zellalterung und -regeneration in marinen Ökosystemen haben. Die dazugehörige Studie wurde jüngst im Fachjournal „Nature Microbiology“ veröffentlicht.

Einzeller, wie Mikroalgen, vermehren sich durch Zellteilung. Doch wenn die für sie verfügbaren Nährstoffe erschöpft sind, stoppen sie diesen Prozess. Die Zellen überleben und altern, können sich jedoch nicht mehr teilen. Im Ozean sorgen Strömungen dafür, dass diese „alten“ Zellen in nährstoffreichere Gebiete transportiert werden können, was eine erneute Zellteilung ermöglichen kann.

Das Forschungsteam um Dr. Yun Deng, Postdoc am Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Jena und Erstautor der vorgelegten Studie, sowie Prof. Dr. Georg Pohnert, Professor für Analytische Chemie, hat nun herausgefunden, dass alte Zellen einen Verjüngungsmechanismus besitzen, der es ihnen ermöglicht, wieder teilungsfähig zu werden. Die Forschenden entdeckten, dass diese Zellen Blasen, sogenannte „Vesikel“, absondern. Diese transportieren schädliche Stoffwechselprodukte und Toxine aus den Zellen heraus, was die Voraussetzungen für eine neue Zellteilung schafft.

„Unsere Studie hat gezeigt, dass diese Vesikelproduktion ein essentieller Bestandteil der Zellverjüngung ist. Indem die Zellen schädliche Stoffe loswerden, schaffen sie die Voraussetzungen für eine neue Zellteilung“, erklärt Prof. Pohnert. Zudem fanden die Forschenden heraus, dass dieser Verjüngungsprozess von Bakterien gesteuert wird. Diese Bakterien induzieren die Vesikelproduktion durch chemische Signale und tragen so zur Wiederherstellung der Teilungsfähigkeit der alten Zellen bei. „Dies ist ein faszinierendes Beispiel für die komplexen Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen im Ozean“, so Dr. Deng.

Diese Entdeckung könnte weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis der marinen Ökosysteme und ihrer biogeochemischen Kreisläufe haben. Im Plankton teilen sich Algen mit enormer Geschwindigkeit und tragen durch ihre Photosynthese zur globalen CO₂ Fixierung und Sauerstoffproduktion bei. In der Tat produzieren Algen in den Ozeanen fast genauso viel Sauerstoff, wie alle Pflanzen auf der Erde zusammengenommen. Der neu entdeckte Verjüngungsmechanismus liefert jetzt neue Erklärungsmöglichkeiten für die komplexen, sich jährlich wiederholenden Muster der Artzusammensetzung im Plankton und damit für das fundamentale Verständnis der globalen Klimaprozesse.