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Forschende haben herausgefunden, dass ex­tra­zel­lu­lä­re Vesi­kel von bestimmten Mikroben RNA zwischen Zellen transportieren. © Christoph Burgstedt / iStock / Getty Images Plus

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Entdeckung: Extrazelluläre Vesikel ermöglichen Kommunikation bei einzelligen Organismen

Ein­zel­li­ge Or­ga­nis­men, wie Bak­te­ri­en und Ar­chae­en, kom­mu­ni­zie­ren mit­ein­an­der auf viel­fäl­ti­ge Wei­se. Sie nut­zen beispielsweise win­zi­ge, so­ge­nann­te ex­tra­zel­lu­lä­re Vesi­kel (EVs) – mem­bra­num­hüll­te Pa­ke­te mit ei­nem Durch­mes­ser von we­ni­ger als 200 nm (0,0002 mm). Die Or­ga­nis­men bil­den sie als Aus­knos­pun­gen ih­rer Mem­bran in den um­ge­ben­den Raum. Die­se EVs kön­nen eine Viel­zahl von Mo­le­kü­len ent­hal­ten, zum Bei­spiel En­zy­me, Nähr­stof­fe, RNA und so­gar DNA-Frag­men­te. Ob­wohl sie ver­mut­lich eine Schlüs­sel­rol­le in mi­kro­bi­el­len Ge­mein­schaf­ten spie­len, ist we­nig über ihre Ent­ste­hung und Funk­ti­on be­kannt.

In ei­ner Stu­die un­ter­such­te Su­san­ne Erd­mann mit ih­rem Team am Max-Planck-In­sti­tut für Ma­ri­ne Mi­kro­bio­lo­gie und Mit­ar­bei­ten­den an­de­rer Ein­rich­tun­gen in Deutsch­land und Aus­tra­li­en (sie­he un­ten) EVs von Mi­kro­ben, die in ex­trem salz­hal­ti­gen Um­ge­bun­gen, wie dem To­ten Meer, le­ben und als ha­lo­phi­le Ar­chae­en oder Ha­lo­ar­chae­en be­zeich­net wer­den.

Die For­schen­den ent­deck­ten, dass de­ren EVs RNA – Nu­kle­in­säu­ren mit ei­ner zen­tra­len Rol­le in der Pro­te­in­syn­the­se und Gen­re­gu­la­ti­on – zwi­schen den Zel­len trans­por­tie­ren. „Of­fen­sicht­lich kön­nen EVs als RNA-Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­tem zwi­schen Ha­lo­ar­chaea die­nen“, er­klärt Erd­mann.

Ins­be­son­de­re trans­por­tier­ten die EVs spe­zi­fi­sche RNAs, die in der Emp­fän­ger­zel­le Pro­zes­se re­gu­lie­ren kön­nen. „Wir ver­mu­ten, dass dies ein Kom­mu­ni­ka­ti­ons­me­cha­nis­mus ist, um die Ge­n­ex­pres­si­on in ei­ner gan­zen mi­kro­bi­el­len Po­pu­la­ti­on zu re­geln. Die RNA ist so­zu­sa­gen die ge­mein­sa­me Spra­che, und das EV ist die Sprech­bla­se.“

Neue Erkenntnisse zu Evolutionsgeschichte

Das Team um Erd­mann un­ter­such­te auch, wie die Ha­lo­ar­chaea die­se EVs pro­du­zie­ren. „Wir fan­den eine klei­ne GT­Pa­se – ein En­zym, das als mo­le­ku­la­rer Schal­ter oder Zeit­ge­ber in vie­len grund­le­gen­den zel­lu­lä­ren Pro­zes­sen dient –, die ei­ner GT­Pa­se in kom­ple­xe­ren Zel­len sehr ähn­lich ist“, be­rich­tet Er­st­au­tor Jos­hua Mills, der die Stu­die im Rah­men sei­ner Dok­tor­ar­beit durch­ge­führt hat.

„Das ist ziem­lich er­staun­lich, da man bis­her dach­te, dass sich GT­Pa­se-ab­hän­gi­ge Vesi­kel­bil­dung nicht zwi­schen ver­schie­de­nen Zel­len, son­dern nur in­ner­halb eu­ka­ryo­ti­scher Zel­len zwi­schen den in­tra­zel­lu­lä­ren mem­bran­ge­bun­de­nen Kom­par­ti­men­ten ab­spielt. Un­se­re Er­geb­nis­se le­gen nahe, dass sich Kom­po­nen­ten des eu­ka­ryo­ti­schen in­tra­zel­lu­lä­ren Vesi­kel­t­rans­ports viel frü­her in der Evo­lu­ti­ons­ge­schich­te ent­wi­ckelt ha­ben könn­ten als bis­her an­ge­nom­men.“

„Bis­lang gibt es nur we­ni­ge Stu­di­en, die die Rol­le von EVs in­ner­halb der Do­mä­ne der Ar­chae­en un­ter­sucht ha­ben“, so Erd­mann wei­ter. „Hier zei­gen wir, dass EVs in salz­lie­ben­den Ar­chae­en eine RNA-Fracht trans­por­tie­ren kön­nen und da­mit Zel­len hel­fen, mit­ein­an­der zu kom­mu­ni­zie­ren. Au­ßer­dem lie­fern wir span­nen­de neue Er­kennt­nis­se über die evo­lu­tio­nä­re Ent­wick­lung die­ser Kom­mu­ni­ka­ti­ons­stra­te­gie. Un­se­re Stu­die lie­fert die Grund­la­ge für wei­te­re Un­ter­su­chun­gen über die evo­lu­tio­nä­ren Be­zie­hun­gen zwi­schen pro­ka­ryo­ti­scher und eu­ka­ryo­ti­scher Vesi­kel­bil­dung und könn­te dazu bei­tra­gen, das Rät­sel der Evo­lu­ti­on der eu­ka­ryo­ti­schen Zel­le zu lö­sen.“

Quelle: Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie


Ori­gi­nal­publikation: Su­san­ne Erd­mann et al.; Ex­tra­cel­lu­lar ve­si­cle for­ma­ti­on in Eu­ry­ar­chaeo­ta is dri­ven by a small GT­Pa­se; PNAS, 2024; DOI: 10.1073/pnas.2311321121

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