Die Bäckerhefe gilt als Spielwiese für Genetiker, besonders wenn es um die Erforschung von Erkrankungen des Nervensystems geht. Jetzt haben Forscher der Harvard-Universität ihrem duldsamen Forschungsobjekt sogar Magnetismus eingebaut: Nachdem die Biologen den Eisen-Stoffwechsel manipuliert hatten, wurden die Hefezellen von magnetischen Gegenständen angezogen. Möglicherweise spielen ähnliche Prozesse bei der Entstehung von Alzheimer oder Parkinson eine Rolle.
Wer glaubt, die Kompassnadel sei eine exklusive Erfindung des Menschen, der irrt. Eine Reihe von im Wasser lebenden Bakterien produziert beispielsweise in ihren Zellen bestimmte Eisenverbindungen, sodass sich der ganze Organismus am Magnetfeld der Erde ausrichtet. Indem sich die Bakterien entlang der magnetischen Feldlinien bewegen, gelangen sie schneller in Bereiche mit guten Wachstumsbedingungen, als wenn sie unkoordiniert umher schwimmen würden. Auch nutzen Haie, Honigbienen oder Brieftauben offenbar das Magnetfeld der Erde zur Orientierung. Die biologische Kompassnadel findet sich also vor allem bei Tieren, die im Laufe ihres Lebens größere Wanderungen unternehmen. Die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae zählte bislang nicht dazu. Das haben die Biologen Keiji Nishida und Pamela Silver nun geändert.
Um die Einzeller magnetisch zu machen, mussten die Zellen dazu gebracht werden, große Mengen magnetischer Partikel anzureichern. Dieses Ziel haben die Genforscher in drei Schritten erreicht: Zunächst fütterten sie die Hefen buchstäblich mit viel Eisen, das sie in einer besonders verträglichen Form ? in einer Verbindung mit Zitronensäure ? darreichten. Dann schalteten sie zusätzlich ein Gen aus, das in Hefe für die Entsorgung von Eisen in der Zelle verantwortlich ist. Schließlich galt es, aus dem Eisen im Inneren der Hefezellen magnetische Partikel entstehen zu lassen. Das gelang durch einen weiteren genetischen Trick: Die Zellen wurden dazu gebracht, Ferritin zu produzieren. Das ist ein Molekül, das in zahlreichen Organismen einschließlich des Menschen für die Kristallisation von Eisen verantwortlich ist, in Hefe aber natürlicherweise nicht vorkommt. Das Resultat dieser Manipulationen: Die veränderten Hefezellen wurden von Magneten angezogen und hatten ein messbares magnetisches Moment.
Neue Einblicke in die Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen
Bei den magnetischen Backhefen handelte es sich nicht um eine bloße Spielerei der Harvardforscher. Hefe gilt als ein leicht manipulierbarer einzelliger Organismus und dient daher als Modell für die menschliche Zelle. Insbesondere Erkrankungen des Nervensystems werden in Hefe ausgiebig erforscht. Es ist bekannt, dass Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson oder Chorea Huntington mit einer Ablagerung von Eisenpartikeln im Nervengewebe einhergehen. Diese Ablagerungen weisen auch magnetische Eigenschaften auf. Bisher ist allerdings nur ansatzweise verstanden, wie es zur Entstehung der Partikel kommt.
Die magnetischen Hefen bieten hier ein ideales Untersuchungsobjekt. Denn im Gegensatz zu menschlichen Nervenzellen kann man die Hefekultur beliebigen Bedingungen aussetzen. Die Fragestellung der amerikanischen Forscher lautete: Was begünstigt die Magnetisierung der Hefen, was hemmt sie? Als ein wichtiger Faktor erwies sich schließlich der Nährstoff- und Energiehaushalt der Hefezellen. Je mehr leicht verbrennbare Nahrung den Zellen angeboten wurde, desto mehr Eisenpartikel bildeten sich. Der Energiebedarf des Gehirns ist bekanntermaßen enorm. Es sei möglich, so argumentierten die Hefebiologen, dass Stoffwechselstörungen bei der Energieproduktion auch hier eine Ursache für die Ablagerung von Eisenpartikeln sind. Neben der Erforschung von Nervenkrankheiten verspricht die Magnetisierung von Lebewesen auch in der Medizin oder der biotechnologischen Industrie nützlich zu werden ? etwa um Zellen gezielt an einen Ort zu steuern.
Keiji Nishida und Pamela Silver (Harvard Medical School und Harvard University, Boston): PLOS Biology, doi: 10.1371/journal.pbio.1001269 © wissenschaft.de – Maria Bongartz
