Neu entdeckter Stoffwechsel bescheinigt Hefe evolutionären Vorteil

25.09.2015 - Österreich

Doppelte Genkopien sichern der Biotech-Hefe Pichia pastoris das Überleben in Umgebungen, wo nur Methanol als Nahrung vorhanden ist. Der nun aufgeklärte Stoffwechsel ähnelt jenem, den Pflanzen für das Verwerten von Kohlendioxid verwenden. Alle Stoffwechselmodelle der letzten 3 Jahre zur Biotech-Hefe Pichia pastoris waren falsch.

Wegen ihres langen und vielfältigen Einsatzes gehört Hefe zu den am besten untersuchten Organismen überhaupt. Pichia pastoris ist nebenbei ein wissenschaftlich gerne genutzter Modellorganismus zum Untersuchen von Zellstrukturen. Alles schien bekannt – bis heuer. Denn Forscher des Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) und der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) haben einen neuen Stoffwechselweg aufgeklärt, der die Hefe Pichia pastoris einzigartig macht. „Wir konnten zeigen, dass die Annahmen und Modelle, die in den letzten 30 Jahren verwendet wurden, nicht stimmen“, erklärt Prof. Diethard Mattanovich (BOKU Wien und Leiter des Forschungsfeldes „Systembiologie & Mikrobielles Zellengineering“ beim acib).

Dabei geht es um Methanol als „Futter“. Hefen wie Pichia pastoris sind wie nur wenige Mikroorganismen in der Lage, diesen einfachen Alkohol als Nahrung zu verwerten. Mattanovich: „Zu Nutze machen sich die Zellen das zum Beispiel, wenn sie in der Natur im Saft von Bäumen wachsen, wo Methanol zugegen ist.“
Die Forscher rund um Projektleiterin Dr. Brigitte Gasser entdeckten erstaunliche Ähnlichkeiten mit Pflanzen. Diese verwenden Kohlendioxid als Nahrung und verwerten das Klimagas in Zellorganellen namens Chloroplasten. Letztendlich wird CO₂ zu Biomasse. Pichia arbeitet ähnlich: Die Hefe setzt Methanol in einer Zellorganelle namens Peroxisom um. Entscheidend bei beiden Prozessen sind die Knüpfung von Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen und die Umlagerung in Zucker und andere Substanzen, die für den Aufbau der Biomasse notwendig sind. „Bisher wusste man nicht, wo in der Zelle und mittels welcher Gene diese Umlagerungen ablaufen“, so Brigitte Gasser.

Ebenso wenig wusste man um die genetische Codierung dieses Stoffwechsels. Die meisten Zellen verfügen über ein Gen pro Protein und Schritt im Stoffwechsel. Pichia liegt evolutionär auf der sicheren Seite. Alle Gene für den Methanol-Umsatz sind doppelt vorhanden, haben die 13 ForscherInnen um Mattanovich und Gasser herausgefunden, die am Forschungsprojekt beteiligt waren. Die Gene verfügen nicht nur über eine genetische Zusatzinformation, damit die entsprechenden Reaktionen im Peroxisom ablaufen. Sie werden erst aktiv, wenn Methanol als Nahrungsquelle vorhanden ist.