Wiedererweckte Proteine: Ein Hauch von Jurassic Park


Bild: ag-evolutionsbiologie.de

Komplexitätszunahme in einer molekularen Maschine
Wiedererweckte Proteine werfen Licht auf die Evolution

Von Tobias KlösAG Evolutionsbiologie

Es ist ein Hauch von Jurassic Park, was Evolutionsbiologen mit Proteinen, die vor Millionen Jahren aktiv waren, gelungen ist. Evolutionsbiologen haben ursprüngliche Formen einer molekularen Maschine wieder „zum Leben erweckt“. Ermöglicht wurden die Experimente durch die Entwicklung von Methoden zur Rekonstruktion stammesgeschichtlich alter (anzestraler) DNA-Sequenzen und durch die Fortschritte chemischer und molekularbiologischer Techniken. Heute können automatisiert Oligonukleotide synthetisiert und dann stückweise mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zu einem Gen zusammengesetzt werden. Anschließend kann man das Gen exprimieren und die Funktion des ursprünglichen Proteins charakterisieren. Auf diese Weise ließ sich rekonstruieren, in welchen evolutionären Schritten die molekulare Maschine zu ihrer heutigen Komplexität gelangte. In diesem Beitrag werden die neuen Ergebnisse vorgestellt und anschließend die Evolution der komplexen Struktur (V-ATPase) im Ganzen betrachtet.

Aus dem Inhalt

– Einleitung

– Die Rekonstruktion ursprünglicher Sequenzen

– Wiedererweckte Proteine werfen ein Licht auf die Evolution

– Die V-ATPase der Pilze – Entstehung und Differenzierung eines komplexen Proteinrings

– Komplexitätszunahme durch Verluste

– Nur wenige Mutationen waren nötig

– Weiterführende Informationen

– Begriffserklärungen / Literatur

Zusammenfassung

Duplikationsereignisse mit anschließender Diversifikation spielen eine wichtige Rolle in der molekularen Evolution. So ließ sich jüngst durch Rekonstruktion der Sequenz einer „molekularen Maschine“, der so genannten V-ATPase, zeigen, wie eine Protein-Untereinheit (der so genannte V0-Ring, der eine Art von Protonenkanal bildet) in mehreren Schritten an Komplexität zunahm: Bei Hefen und anderen Pilzen besteht der V0-Ring aus drei essentiellen Komponenten statt aus zweien, die zusammen eine nicht reduzierbare funktionelle (Unter-) Einheit bilden: Wird nur ein einziger Teil des Rings entfernt, funktioniert der Komplex nicht mehr.

Wie erwartet ist dieses V0-Dreikomponentensystem nicht in einem evolutionären Quantensprung entstanden. So wie bei anderen evolutionären Veränderungen schufen vorhandene Gene und Strukturen die Voraussetzung für die Komplexitätszunahme. Und wie die Wissenschaftler um FINNIGAN plausibel aufzeigen konnten, ist der Weg von dem V0- Zweikomponentensystem zu dem V0-Dreikomponentensystem durch molekulare Evolutionsmechanismen überbrückbar. Dieses Prinzip funktioniert offensichtlich nicht nur bei einzelnen Teilsystemen molekularer Maschinen, wie dem V0-Ring der V-ATPase, sondern auch bei anderen Untereinheiten komplexer Proteine. So könnte sich einem durch Daten gestützten Modell zufolge die V-ATPase als Ganzes in mehreren Schritten aus einer ursprünglichen, relativ einfach strukturierten RNA-Helikase entwickelt haben.

Der Biologe Joseph W. THORNTON hat sich zum Ziel gesetzt, die Evolution komplexer, fein abgestimmter molekularer Systeme vollständig mechanistisch zu erklären. In den kommenden Jahren sind durch die Techniken zur Rekonstruktion und Synthese ursprünglicher Gensequenzen weitere interessante Resultate zu erwarten, die Licht auf die Evolution komplexer Merkmale werfen. Die Experimente fordern auch Befürworter von Intelligent Design heraus, die behaupten, (irreduzibel) komplexe biologische Systeme konnten nicht ohne „intelligente Eingriffe“ entstehen.

Quelle

http://www.ag-evolutionsbiologie.de/app/download/5790230755/Komplexitaet-molekulare-Maschine.pdf

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3 Comments

  1. @Violet Teki
    Die „menschliche Intelligenz“ diente in diesem Fall nur dazu, aus bekannten rezenten DNA-Sequenzen potentielle Vorläufersequenzen zu REkonstruieren. Diese kodierten für weniger komplexe Proteine die aber trotzdem funktionsfähig waren. Der Unterschied zwischen beiden Sequenzen (und somit zwischen beiden Proteinen) lässt sich durch einfache, zufällige Mutationen hervorrufen, die keinerlei Intelligenz erfordern.

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  2. ???
    Es geht doch gar nicht darum, dass der Mensch endlich Manitous schlaue Maschinen nachbauen kann.

    Behe & Co hatten immer behauptet dass komplexe, irreduzible System nur in einem Durchgang, also ohne Vorläufer entstanden sein können. Die große gefiederte Schlange hat sie ja am Reisbrett entworfen und dann gleich zusammengebaut. Die Finnigan-Arbeiten widersprechen Behe, weil sie die verschwundenen Vorstufen wieder zum Leben erweckt haben. Es ist also alles durch pure Evolution erklärbar, ganz ohne Bibel-Lego.
    Erklärbar war es ja schon vorher, aber jetzt kann man es funktionell nachvollziehen.
    Behe und die anderen ID..ten wird natürlich auch das nicht beeindrucken, jede Wette.

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  3. Die Experimente fordern auch Befürworter von Intelligent Design heraus, die behaupten, (irreduzibel) komplexe biologische Systeme konnten nicht ohne “intelligente Eingriffe” entstehen.

    Nein, tun sie eigentlich nicht, denn der Eingriff durch den Menschen ist ja (zumindest teilweise 🙂 intelligent. Zwischen „Gott“ und anderem intelligenten Bewusstsein muss ja kein grundlegender Unterschied sein. Nur bei der ursprünglichen Entstehung des Lebens gab es keinen Menschen, daher muss es eine andere Intelligenz gewesen sein.

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