Was hirnfressende Amöben uns über die Vielfalt des Lebens auf der Erde und die Evolutionsgeschichte verraten können

Das gab ein internationales Forscherteam unter der Leitung der University of Massachusetts Amherst kürzlich in der Zeitschrift bekannt Aktuelle Biologie dass eine Amöbe namens Naegleria mehr unterschiedliche Gruppen von Tubulinen entwickelt hat, die für bestimmte zelluläre Prozesse verwendet werden, als bisher angenommen. Ihre Erkenntnisse haben eine Vielzahl von Implikationen, die von der Entwicklung von Behandlungen für hirnfressende Infektionen bis hin zu einem besseren Verständnis dafür reichen, wie sich das Leben auf der Erde in einer so enormen Vielfalt entwickelt hat.

Ein Großteil des Lebens auf der Erde ist auf eine Reihe von Polymeren angewiesen, die als Mikrotubuli bezeichnet werden und aus Tubulin bestehen, um eine Vielzahl von Aufgaben in ihren Zellen zu erfüllen. Diese Mikrotubuli sind wie die 2x4s der Zelle und werden in allem verwendet, von der Unterstützung der Zelle bei der Bewegung über den Transport von Nahrung und Abfall innerhalb der Zelle bis hin zur strukturellen Unterstützung der Zelle.

Mikrotubuli helfen auch bei der Mitose, wenn sich eine einzelne Zelle in zwei Teile teilt, indem sie zuerst ihre Chromosomen dupliziert und dann jeden Satz auf gegenüberliegende Seiten der Zelle zieht, bevor sie sich in zwei Teile teilt. Einer der Schlüsselmomente bei der Mitose ist, wenn eine aus Mikrotubuli bestehende Spindel die Chromosomen ergreift und hilft, sie in zwei identische Sätze zu trennen.

Hier kommt Naegleria ins Spiel. Biologen wussten bereits, dass Naegleria während der Mitose eine bestimmte Art von Tubulin verwendet. Aber die neue Studie unter der Leitung von Katrina Velle, Postdoc in Biologie an der UMass Amherst und Hauptautorin der Veröffentlichung, zeigt, dass Naegleria auch drei zusätzliche unterschiedliche Tubuline speziell während der Mitose einsetzt. Ein Tubulinpaar wird nur während der Mitose verwendet, während das andere, das Flagellaten-Tubulin, auf Zellbewegungen spezialisiert ist. Die Autoren der Studie verglichen dann die Tubuline und die Strukturen, die sie bilden, miteinander und mit denen von häufiger untersuchten Arten.

Die Implikationen dieser Arbeit sind spannend und reichen von der Praxis bis zur Theorie. Beispielsweise untersuchte das Team eine Naegleria-Art, Naegleria gruberi, die eng mit Naegleria fowleri verwandt ist – einer Amöbe, die Ihr Gehirn fressen kann. „Wenn wir die grundlegende Biologie von Naegleria verstehen“, sagt Velle, „können wir lernen, wie man es tötet, indem man Medikamente entwickelt, die auf die einzigartigen Tubuline der Amöbe abzielen.“

Aber Naegleria hilft uns auch, die Grundregeln zu verstehen, die das Leben auf der Erde regieren. „Alle Organismen müssen sich selbst replizieren“, sagt Lillian Fritz-Laylin, Professorin für Biologie an der UMass Amherst und Seniorautorin der Arbeit. „Wir wissen, wie die Replikationsprozesse für einige Zellen funktionieren, aber es gibt eine riesige Menge, die wir nicht verstehen. Mit Naegleria können wir die Regeln testen, die Wissenschaftler entwickelt haben, um zu sehen, ob sie hier gelten.“

Bei der Durchführung seiner Forschung stützte sich das Team zum Teil auf die hochmoderne Mikroskopieausrüstung des Institute for the Applied Life Sciences (IALS) der UMass Amherst, das tiefes und interdisziplinäres Fachwissen aus 29 Abteilungen auf dem Campus der UMass Amherst zur Übersetzung kombiniert Grundlagenforschung zu Innovationen, die der menschlichen Gesundheit und dem Wohlbefinden zugute kommen. Das Team züchtete die Naegleria-Zellen, färbte sie mit verschiedenen Chemikalien, damit die Tubuline leuchten, und machte dann extrem hochauflösende 3D-Fotos, die es ihnen ermöglichten, die verschiedenen Mikrotubuli-Strukturen zu messen, zu zählen und zu analysieren.

„Ich habe den größten Teil meiner Karriere damit verbracht, die mitotischen Spindeln häufigerer Zellen wie Säugetierzellen zu untersuchen“, sagt Patricia Wadsworth, Professorin für Biologie an der UMass Amherst und eine der leitenden Autoren der Arbeit. „Die Werkzeuge der modernen Biologie ermöglichen es uns, vielfältigere Zellen zu erforschen, wie Naegleria, die in gewisser Weise ähnlich, aber auch sehr unterschiedlich sind.“

„Die Leute denken oft an Technologie, die die Wissenschaft vorantreibt“, sagt Fritz-Laylin. „Aber in diesem Fall sind die Fragen, die wir zu beantworten versuchen, so grundlegend für die Funktionsweise des Lebens auf der Erde und für so viele wissenschaftliche Fachgebiete von solchem ​​Interesse, dass wir ein internationales Team aus verschiedenen Experten zusammenstellen mussten. In diesem Fall Zusammenarbeit , Teamwork und effektive Kommunikation haben die Wissenschaft vorangetrieben.“