Zellteilung: Konserviert von Bakterien bis hin zu Chloroplasten?

Für die Zellteilung benötigen Bakterien ein Protein, welches als FtsZ bezeichnet wird. Es bildet während der Teilung einen Ring, mit dessen Hilfe eine neue Zwischenwand eingezogen wird. Im Laufe der Zellteilung wird der FtsZ-Ring immer kleiner. Er zieht dabei eine neue Zellwand hinter sich her und schnürt die Tochterzellen schließlich voneinander ab.

Homologe von FtsZ hat man interessanterweise in allen untersuchten Bakterien einschließlich Mycoplasmen (einfache zellwandlose Bakterien), sowie in Archaea (einzellige Lebensformen, die aufgrund molekularbiologischer Befunde von den Eubakterien und Eukaryoten abgegrenzt wurden) und Chloroplasten entdeckt. Es zeigt sich also, daß dieses Protein in einem großen Teil des Organismenreiches eine wichtige Rolle in der Zellteilung spielt. Jedoch hat man in Mitochondrien kein solches Protein gefunden und der Mechanismus der Teilung ist dort noch unklar.

Alle bislang gefundenen Homologe von FtsZ sind am Anfang ihrer Struktur (N-terminal) konserviert, das heißt, die Proteine aus verschiedenen Organismen stimmen im vorderen Teil in ihrer Aminosäure-Sequenz sehr gut überein. Das Ende (C-terminal) muß aber mit anderen Proteinen in Kontakt treten und diese sind je nach Organismus verschieden, dementsprechend ist der C-terminale Bereich sehr variabel.

Evolutionstheoretisch wird vermutet, daß FtsZ ein Protein ist, das sehr früh in der Evolution entstand und aufgrund seiner Wichtigkeit von allen Prokaryoten beibehalten wurde. Chloroplasten werden als Nachkommen von einverleibten cyanobakterien-ähnlichen Vorfahren angesehen und enthalten dementsprechend FtsZ. Auch die Archaea sollen letztlich aus Prokaryoten hervorgegangen sein. Die Ausnahme der Mitochondrien, die kein FtsZ enthalten, aber ebenfalls bakterielle Vorläufer haben sollen, wirft jedoch noch Fragen auf.

Handelt es sich bei FtsZ um ein während der Evolution konserviertes Protein? Etwas Vergleichbares fand man bei Augen von verschiedenen Organismen. Der Schalter für die Augenentwicklung ist bei Insekten (Fruchtfliege, Drosophila) derselbe wie bei Wirbeltieren (Maus, Mus). Erfüllt eine Struktur eine bestimmte Aufgabe am besten, so ist es nicht einsichtig, warum in verschiedenen Organismen verschiedene Strukturen auftreten sollten. Beispielsweise werden in Uhren Zahnräder benötigt, und ein Uhrmacher wird nicht versuchen, andere Teile als Zahnräder zu verwenden, denn Zahnräder sind eben für diese Funktion optimal. Insofern muß man gleiche Bauteile in Lebewesen nicht notwendigerweise damit erklären, daß die Lebewesen einen gemeinsamen Vorfahren hatten. Ausnahmen (Mitochondrien, s.o.) stellen die Evolutionslehre vor das Problem, daß entweder erklärt werden muß, wie ein Übergang von FtsZ-haltigen Zellen (Vorfahren von Mitochondrien) zu solchen erfolgte, die kein FtsZ mehr benötigen (Mitochondrien) oder aber warum ein ähnlicher, sehr komplexer Vorgang (Zellteilung) mehrfach unabhängig (konvergent) entstanden ist. [Lutkenhaus J (1998) Current Biology 8, R619-R621.] KN