Pflanzen korrigieren überraschend Fehler bei der Proteinproduktion selbstständig
Claudia Schmitz
Pflanzen korrigieren überraschend Fehler bei der Proteinproduktion selbstständig
Forscher der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) haben eine überraschende Fähigkeit von Pflanzen entdeckt: Sie können Fehler bei der Proteinproduktion nicht nur tolerieren, sondern sogar korrigieren. Die in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass Chloroplasten und Mitochondrien mit Übersetzungsfehlern weitaus besser umgehen können als bisher angenommen. Diese Entdeckung könnte unser Verständnis von Pflanzenresistenz und der Züchtung von Nutzpflanzen grundlegend verändern.
Das Team konzentrierte sich auf Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana), eine Modellpflanze, um zu untersuchen, wie Zellorganellen reagieren, wenn Proteine fehlerhaft aufgebaut werden. Durch die Veränderung von Transfer-RNAs (tRNAs) zwangen die Wissenschaftler die Zellen, bei der Proteinsynthese falsche Aminosäuren einzubauen. Normalerweise würden solche Fehler zelluläre Funktionen stören. Doch die Chloroplasten zeigten eine bemerkenswerte Fähigkeit, selbst hohe Fehlerraten zu ertragen, und aktivierten interne Netzwerke, um defekte Proteine zu stabilisieren.
Die Mitochondrien hingegen setzten strenge Qualitätskontrollen ein, um fehlerhafte Proteine zu erkennen und zu entsorgen, und bewahrten so ihre Funktionsfähigkeit unter Stressbedingungen. Die Studie ergab zudem, dass Pflanzen Übersetzungsfehler natürlicherweise erleben, etwa bei Temperaturschwankungen – ein Hinweis darauf, dass diese Fehler möglicherweise eine biologische Funktion erfüllen und nicht einfach nur zufällige Störungen sind.
Um die Forschung voranzutreiben, entwickelte das Team künstlich veränderte tRNAs, die die Fehlerrate bei der Proteinsynthese in lebenden Pflanzen erhöhen. Mit diesem Werkzeug können Wissenschaftler nun genauer untersuchen, wie Zellen das Protein-Gleichgewicht – die sogenannte Proteostase – unter schwierigen Bedingungen aufrechterhalten. Künftige Studien werden sich auf die spezifischen Moleküle konzentrieren, die an der Proteostase in Chloroplasten beteiligt sind, sowie darauf, wie Stresssignale die Fehlerrate beeinflussen.
Die Ergebnisse widerlegen die lang gehegte Annahme, dass Proteinsynthese nahezu fehlerfrei ablaufen muss. Stattdessen scheinen Pflanzen Übersetzungsfehler gezielt als Teil ihres Stressreaktionssystems zu nutzen. Für die Landwirtschaft eröffnen sich damit neue Möglichkeiten, Nutzpflanzen zu züchten, die extreme Umweltbedingungen besser überstehen, indem ihre Proteostase-Systeme optimiert werden.
