Der Fadenwurm C. elegans unter dem Mikroskop: Das Enzym ICL-1, das für den alternativen Stoffwechselweg verantwortlich ist, ist grün, die Mitochondrien sind rot gefärbt. In den äußeren Zellen befindet sich das Enzym in den Mitochondrien (gelb).
Forscher um Prof. Teymuras Kurzchalia am Max-Planck-Institut in Dresden zeigen, dass ein bisher kaum beachteter Stoffwechselweg die Vorbedingung dafür ist dass sich Fadenwürmer und Hefe unter harschen Bedingungen gegen eine totale Austrocknung wappnen und diese überleben können. Dabei nutzen sie diesen alternativen Stoffwechselweg, um aus Fettsäuren den lebenswichtigen Zucker herzustellen.
Es wäre die Traumdiät: Fett wird in Zucker umgewandelt. Was dem menschlichen Stoffwechsel allerdings unmöglich ist, scheint für Fadenwürmer und Hefe in lebensbedrohlichen Situationen gerade die Rettung zu sein. Diese beiden Organismen können bei extremer Trockenheit ohne Wasser überleben. Dazu brauchen sie allerdings viel von dem Zweifachzucker Trehalose, der dann ein Notfallprogramm in Gang setzt, etwa den Stoffwechsel auf ein Level herunterfährt, das kaum noch messbar ist. Die Max-Planck-Forscher konnten zeigen, dass Fadenwürmer selbst in solch einer Hungerphase weiter Zucker produzieren. Dazu nimmt ihr Stoffwechsel eine biochemische Abkürzung, die es dem Organismus dann erlaubt, auch aus Fettsäuren Zucker zu gewinnen.
Was der Wurm kann, kann auch die Hefe
Bei einem Besuch von Dr. Sunil Laxman, einem Forscherkollegen vom „Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine” im indischen Bangalore, entstand die Idee, ähnliche Studien mit Hefe durchzuführen – auch sie kann extreme Trockenheit überleben, was seit Jahrhunderten etwa beim Brotbacken oder für die Weinherstellung genutzt wird. Auch hier bestätigte sich, dass die Abkürzung im Stoffwechselweg lebensrettend ist und der Hefe das Überleben selbst bei absoluter Trockenheit oder anderem Stress wie beim Gefrieren sichert. Die Gegenprobe war der Beweis: Wurde der alternative Stoffwechselweg gekappt, ging auch die hohe Austrocknungstoleranz verloren.
In Biochemie-Lehrbüchern fand dieser alternative Stoffwechselweg in der Vergangenheit wenig Beachtung, weil seine physiologische Funktion noch nicht definiert war. „Nach unserem Artikel sollte in den Lehrbüchern nun einiges umgeschrieben werden“, so Kurzchalia.
Prof. Teymuras Kurzchalia
Max-Planck-Institut für
Molekulare Zellbiologie und Genetik
Pfotenhauerstr. 108
01307 Dresden
Tel. (0351) 210 2567
kurzchalia(at)mpi-cbg.de
Dr. Cihan Erkut
European Molecular Biology Laboratory
Meyerhofstr. 1
69117 Heidelberg
Tel. (06221) 387 8313
cihan.erkut(at)embl.de
Cihan Erkut, Vamshidhar R Gade, Sunil Laxman, Teymuras V Kurzchalia:
The glyoxylate shunt is essential for desiccation tolerance in C. elegans and budding yeast
eLife, 19. April 2016