Riesenvirus liefert Kaliumkanal-Gen, das auf komplexe Proteinursprünge hindeutet
Forschende der TU Darmstadt und der H-BRS identifizieren einen funktionellen Tandem-Ionenkanal in einem marinen Algenvirus.
Von Letizia Giugliano
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Ein DNA-Virus, das marine Algen infiziert, trägt ein funktionierendes Gen für einen Tandem-Kaliumkanal – das zeigt eine in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichte Studie. Der Befund deutet darauf hin, dass Riesenviren eine aktive Rolle in der strukturellen Evolution zellulärer Proteine spielen.
Ein fehlendes evolutionäres Bindeglied in der Steuerung der Zellmembran
Tandem-Kaliumkanäle erfüllen in menschlichen Zellen zentrale biologische Funktionen: Sie transportieren Kaliumionen durch die Zellmembran, stabilisieren die elektrische Spannung und steuern das Feuern von Nervenzellen. Anders als die einfacheren Kaliumkanäle, die bei Bakterien vorkommen, verbinden Tandem-Varianten zwei porenbildende Untereinheiten direkt miteinander. Diese einzigartige Struktur hat Biologen lange Rätsel aufgegeben, denn Vorläuferformen waren in bakteriellen Genomen nie aufgetaucht.
Nun zeigt eine von Phys.org gemeldete Untersuchung, dass ein Algenvirus ein Gen enthält, das einen funktionellen Tandem-Kanal namens Kpov kodiert. Die Arbeit stammt von einem internationalen Team, dem das Fachgebiet Biologie der TU Darmstadt und der Fachbereich Naturwissenschaften der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) angehören.
„Unsere Experimente zeigen, dass dieses Gen ein Protein mit den funktionellen Eigenschaften eines Kaliumkanals kodiert.“
— Dr. Oliver Rauh, H-BRS
Viraler Ursprung statt gestohlener zellulärer Fracht
Viele virale Gene entstehen, wenn ein Virus Fragmente genetischen Codes von seinem Wirt aufnimmt. Die Forschenden untersuchten die evolutionären Verwandtschaftsverhältnisse des neuen Kanals und beobachteten das gegenteilige Muster: Das Gen zeigt Anzeichen eines direkten viralen Ursprungs und wurde nicht von der Wirtsalge übernommen.
Labortests bestätigten die praktische Aktivität des Moleküls. Dr. Oliver Rauh, Forscher im Netzwerk CytoTransport der Deutschen Forschungsgemeinschaft an der H-BRS, merkte an, dass Laborversuche zeigen, dass das Gen ein Protein mit den funktionellen Eigenschaften eines Kaliumkanals kodiert. Gerhard Thiel, Biologieprofessor an der TU Darmstadt, erklärte, die Befunde stützten eine Sichtweise, in der Riesen-Mimiviren eine zentrale Rolle in der Evolution von Proteinen höherer Organismen spielten.
Molekulare Werkzeuge und biotechnologische Anwendungen
Die Entdeckung untermauert, dass große DNA-Viren als natürliche Reservoire funktioneller Ionentransport-Maschinerie dienen. Im selben Algenvirus hatten Wissenschaftler zuvor einen lichtempfindlichen Ionenkanal identifiziert, der zu einem Eckpfeiler der Optogenetik wurde – eines Forschungsfelds, das mit einem Nobelpreis ausgezeichnet wurde.
Zwar wurde in der Studie keine Patentanmeldung und keine kommerzielle Anmeldung offengelegt, doch die Entdeckung natürlich optimierter Ionenkanäle bildet eine Grundlage für biologische Innovation. Solche Kanalgene erweitern den molekularen Katalog, der für synthetische Biologie und zelluläre Forschung zur Verfügung steht, und zeigen, dass strukturelle Erfindung in der Natur nicht auf zelluläres Leben beschränkt war.
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