Nanoarchaea-Winzling mit neuer Überraschung

Einen Winzling mit einem selbst für das Reich der Mikroorganismen extrem geringen Durchmesser von ca. 400 nm (sein Volumen ist damit um den Faktor 100 kleiner als das eines E. coli-Bakteriums) haben Huber et al. (2002) beschrieben. Die Wissenschaftler hatten den „reitenden Urzwerg“ – so etwa der deutsche Name von Nanoarchaeum equitans – nördlich von Island in einem untermeerischen Vulkangebiet entdeckt. Er lebt dort und auch in den Laborkulturen bei Temperaturen von bis zu 100 °C auf der Oberfläche eines anderen, ebenfalls exotischen Archaeums Ignicoccus („Feuerkugel“); unabhängig von diesem Lebewesen konnte N. equitans bislang nicht kultiviert werden. Waters et al. (2003) haben das Erbgut des Winzlings sequenziert und mit 490 885 Basenpaaren das bislang kleinste Genom eines Mikroorganismus analysiert. Sie fanden ein ausgesprochen kompaktes Genom, ca.

95% werden vermutlich zur Codierung von Proteinen und stabiler RNA genutzt. Die Autoren schreiben, daß dieser Organismus einen ursprünglichen Vertreter der Archaea mit einem stark reduzierten Genom darstelle.

Randau et al. (2005) haben jüngst überraschende Ergebnisse aus weiteren Studien am Genom von N. equitans veröffentlicht. Sie suchten nach bisher nicht nachgewiesenen Genen für bestimmte tRNA-Spezies. Diese Moleküle gewährleisten bei der Translation (Übersetzung der genetischen Information in die jeweiligen Genprodukte, z.B. Proteine) die Anlieferung und den Einbau der jeweils codierten Aminosäure. Bisher waren in N. equitans keine tRNA-Gene für Glutaminsäure, Histidin, Tryptophan und das Methionin-Startcodon gefunden worden. Der Organismus benötigt diese tRNA-Moleküle jedoch zum Aufbau von Proteinen. Daher war es eine Herausforderung, zu klären, wie N. equitans dieses Problem löst.

Mit Computerunterstützung suchten die Autoren zunächst, ob im Genom Teile der gesuchten Gene enthalten sein könnten. Sie fanden tatsächlich neun Gen-Hälften, diese waren nach dem Anticodon (dieses Triplett ermöglicht den Einbau der Aminosäure an der korrekten Position) geteilt. Die zusammengehörenden Gen-Hälften weisen an den entsprechenden Enden jeweils komplementäre GC-reiche Oligonukleotide mit 12-14 Basen auf. Für tRNA^His und tRNA^Glu konnte im Experiment gezeigt werden, daß die prognostizierten tRNA-Moleküle tatsächlich gebildet werden.

In Hypothesen zur erstmaligen Entstehung von tRNA wird über Genduplikation oder Verknüpfung von sog. RNA-Haarnadeln (hairpin; wie der Name nahe legt, entsprechend geformte RNA-Moleküle) spekuliert. Demnach sei die RNA durch Zusammenfügung einzelner Bruchstücke entstanden. Randau et al. wählten N. equitans für Ihre Untersuchung aus, weil der Mikroorganismus häufig als urtümlich betrachtet wird (er wird in den entsprechenden Stammbäumen im Wurzelbereich der Archaea angesiedelt).

Randau und Mitarbeiter interpretieren die neuen Befunde in der Weise, daß bei N. equitans noch RNA-hairpin vorliege, die zu tRNAs zusammengefügt werden. Die Zusammenfügung der RNA-Teile wäre demnach sozusagen als ein Relikt aus der Entstehungszeit, als die Teile wie Puzzlestücke zu funktionsfähigen Molekülen aneinandergefügt wurden. Um diese Ansicht zu erhärten müssen noch weitere Hinweise untersucht werden, aber schon jetzt muß kritisch eingewendet werden, daß Puzzlestücke genau zueinander passen und sinnvoll in einem Organismus integriert sein müssen. Puzzle-Gene stellen nicht schon an sich eine Erklärung für einfache genetische Prozesse dar, Puzzlestücke müssen exakt zusammenpassen und sich in ein großes Gesamtbild einfügen. Damit wirft das Puzzle-System neue Fragen nach dessen Entstehung auf, ohne andere zu lösen.

HB

[Huber H, Hohn MJ, Rachel R, Fuchs T, Wimmer VC & Stetter KO (2002) A new phylum of Archaea represented by a nanosized hyperthermophilic symbiont. Nature 417, 63-67; Randau L, Münch R, Hohn MJ, Jahn D & Söll D (2005) Nanoarcheum equitans creates functional tRNAs from separate genes for their 5’and 3’halves. Nature 433, 537-541. Waters E, Hohn MJ, Ahel I, Graham DE, Adams MD, Barnstead M, Beeson KY, Bibbs L, Bolanos R, Keller M, Kretz K, Lin X, Mathur E, Ni J, Podar M, Richardson T, Sutton GG, Simon M, Söll D, Stetter KO, Short JM & Noordewier M (2003) The genome of Nanoarchaeum equitans: Insights into early archaeal evolution and derived parasitism. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 12984-12988.]