WAS SIND PEROXISOMEN?

Klein, überall und essenziell für die Zellfitness

Peroxisomen sind kleine Organellen (oder Kompartimente, membranumschlossene “Räume”), die in fast allen Zellen zu finden sind – angefangen bei einfachen Hefezellen bis hin zu Nutzpflanzen und uns Menschen. Peroxisomen sind kritisch für das Überleben von Zellen. So besitzen Menschen mit angeborenen Peroxisomen-Defekten oft eine sehr geringe Lebenserwartung. Auch sind Nutzpflanzen-Samen mit beschädigten Peroxisomen nicht mehr in der Lage zu keimen und können nicht mehr effizient Photosynthese betreiben.

 

Peroxisomen wurden vor etwa 60 Jahren entdeckt und zunächst “Microbodies” genannt, da sie mit einem Durchmesser von nur etwa 1 µm Durchmesser etwa so klein wie Bakterien sind. Ihre geringe Größe und Empfindlichkeit stellen erhebliche technische Herausforderungen selbst für modernste Forschungs¬laboratorien dar. Verglichen mit anderen Zellorganellen wie Zellkern, Mitochondrien oder Chloroplasten wurde die Forschung an Peroxisomen lange Zeit vernachlässigt. Nichtsdestotrotz sind Peroxisomen von extrem großer Bedeutung: Fast alle Organismen bestehen aus Zellen, und fast alle Zellen besitzen und benötigen Peroxisomen. Dies schließt biotechnologisch relevante Organismen, Kulturpflanzen (wie etwa Bier- oder Penicillin-produzierende Pilze, Getreidesorten und Biokraftstoff-Pflanzen) und letztendlich auch uns Menschen ein.

Spannende Forschungsfragen

Obwohl die Entdeckung der Peroxisomen schon Jahrzehnte zurückliegt, sind viele Fragen gänzlich unbeantwortet: Wie vermehren sich Peroxisomen bei der Zellteilung? Wie werden beschädigte Peroxisomen erkannt und recycelt? Auf einigen Gebieten wurden in den letzten Jahren dank intensiver Forschung deutliche Fortschritte erzielt; jedoch sind die gewonnenen Erkenntnisse wahrscheinlich nur die Spitze des Eisbergs. Wir wissen immer noch sehr wenig über die Vielfalt peroxisomaler Aufgaben in der Zelle. Jahr für Jahr werden neue, unvermutete Funktionen von Peroxisomen entdeckt. Beispielsweise zeigen neueste Studien, dass Peroxisomen eine Rolle bei der Verteidigung gegen Pathogene und bei der Herstellung von Biotin spielen. Solche grundlegenden Fragestellungen scheinen möglicherweise auf den ersten Blick ohne Bezug zum wirklichen Leben. Doch nur, wenn wir die Wirkungsweise von Peroxisomen im Detail verstehen, können wir die Produktivität biotechnologischer Organismen optimieren und potentielle Therapie¬möglichkeiten für Patienten entwickeln und somit die Lebensqualität auf unserer Erde erhalten und verbessern.
 

Zukunftsorientiert denken: Wie können wir die Probleme des 21. Jahrhunderts meistern?

Wir sind uns alle im Klaren darüber, dass unsere Welt vor großen Herausforderungen steht, von denen noch niemand weiß, wie sie bewältigt werden können. Beispielsweise benötigen wir intelligente Strategien zur Behandlung zahlreicher Krankheiten und zur Entwicklung neuartiger, effektiver Arzneistoffe und Antibiotika, insbesondere angesichts vermehrter natürlicher Antibiotika-Resistenzen. Außerdem müssen wir die Lebensmittel- und Energieversorgung einer dramatisch anwachsenden Bevölkerung von bis zu 9 Mrd Menschen (in 2040) sichern. Dies scheint beinahe unmöglich.
Peroxisomen spielen eine wesentliche Rolle in der Fitness und Produktivität von höheren Organismen. Deshalb kann sowohl die grundlegende als auch die angewandte biotechnologische Peroxisomen-Forschung die Entwicklung von Medizin, Landwirtschaft und Biotechnologie entscheidend vorantreiben.
 

PERFUME: Training der nächsten Wissenschaftler-Generation

Im Jahre 2013 hat die EU das Marie Curie Forschungsnetzwerk (ITN) PERFUME finanziert, dessen Abkürzung für “PERoxisomentstehung, -FUnktion und MEtabolismus“ steht. Dieses Großprojekt, welches sich eben diesem Forschungsanliegen verschrieben hat und von Prof. Dr. Ida van der Klei (Universität Groningen, Niederlande) geleitet wird, erhielt ein Budget von 3,9 Mio € für die intensive Untersuchung von Peroxisomen. Elf Partner von verschiedenen Universitäten, Forschungsinstituten und aus der Industrie in vier EU-Mitgliedsstaaten und Norwegen haben sich zusammengeschlossen, um gemeinsam die Erforschung der Peroxisom-Biologie und -Biotechnologie voranzutreiben. Die einzelnen Partner besitzen Expertise aus den verschiedensten Fachbereichen und ergänzen sehr wirkungsvoll. Fast täglich werden Skype-Konferenzen zwischen den Partnern durchgeführt, und die Doktoranden (PhDs) des Netzwerks reisen regelmäßig zu Workshops, Konferenzen und Partner-Laboratorien, um effektiv voneinander zu lernen und um die historischen Mauern zwischen seit Jahrzehnten getrennten Forschungsgebieten zu überwinden.
 

Das Programm bietet ein hochmodernes Forschungstraining für 12 Doktoranden und vier Postdocs an der Schnittstelle zwischen Medizin, Pflanzen- und Pilzbiologie. Marie Curie Initial Training Networks sind hoch angesehene Stipendien und werden finanziert durch das “Siebte Rahmenprogramm” der EU (RP7). Sie konzentrieren sich auf das Training der nächsten Generation von führenden Wissenschaftlern in Europa, um interdisziplinäre Fragen von globalem Interesse zu lösen und um die europäische Wettbewerbsfähigkeit in Forschung und Entwicklung zu verbessern.

Das grundlegende und das biotechnologische Wissen, das von PERFUME über Peroxisomen bis 2016 generiert wird, wird zu wesentlichen Fortschritten in den Bereichen Medizin, Landwirschaft und Biotechnologie beitragen; zwar nicht morgen oder im nächsten Jahr, jedoch langfristig in den kritischen Jahrzehnten, die vor uns liegen.

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