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24.06.2009

Beginn der Replikation – Bitte nur einmal

Das Erbgut sollte pro Zellteilung nur ein Mal verdoppelt werden. Wie stellt die Bakterienzelle das sicher? Die Mikrobiologen um Prof. Dr. Peter Graumann vom Institut für Biologie II in Freiburg haben jetzt zusammen mit internationalen Kooperationspartnern aus Paris einen Mechanismus in dem Bakterium Bacillus subtilis entschlüsselt. Das Prinzip dahinter ist die „Gefangennahme“ eines Proteins.

 Zu sehen sind mehrere Dutzend kleine Stäbchen
Bacillus subtilis im Lichtmikroskop. (© Wikipedia)

Ein Bakterium wie Bacillus subtilis verdoppelt sein Erbgut (Genom) unter normalen Bedingungen in einer Stunde. Während der Zellteilung muss die Tochterzelle ein vollständiges Chromosom erhalten, nicht mehr und nicht weniger. Bakterien, die den Replikationsvorgang mehrfach einleiten, kommen durcheinander. Sie wachsen viel langsamer, manche sterben sogar. Dreh- und Angelpunkt einer Regulation könnte das Protein DnaA sein, das als Initiator der Replikation gilt. Erst, wenn es sich an einem bestimmten Bereich der DNA anlagert, der als Origin of Replication bezeichnet wird, schließt sich die Doppelhelix an dieser Stelle auf und entwindet sich. Es entsteht die sogenannte Replikationsgabel, in der die molekulare Replikationsmaschinerie mit dem Kopiervorgang beginnt. „Wie verhindert eine Bakterienzelle, dass sich DnaA mehrmals pro Zellzyklus an den Origin anlagert und die Replikation auslöst?", fragt Prof. Dr. Peter Graumann, Leiter einer Gruppe in der Abteilung für Mikrobiologie an der Fakultät für Biologie der Universität Freiburg.

Ein Wegziehen

Mit sogenannten Kolokalisationsexperimenten in Bacillus subtilis haben Graumanns Team und Kooperationspartner aus Frankreich das Problem letztes Jahr untersucht. Ausgangspunkt war die Beobachtung, dass die Initiation des Kopiervorgangs durcheinander kommt, wenn das Protein YabA fehlt. Ohne YabA beginnt das Bakterium mehrmals mit der Replikation. Beeinflusst das Protein die Bindung von DnaA an den Origin of Replication und damit den Start des Kopiervorgangs? Und wenn ja: Wie? In ihren Experimenten koppelten die Forscher die Gene für YabA, für DnaA und für ein Protein der Replikationsmaschinerie (DnaX) mit verschiedenen Genen für Eiweiße aus der Familie des Grün Fluoreszierenden Proteins GFP. Dadurch leuchteten die Proteine in der Zelle in unterschiedlichen Farben. In einem Fluoreszenzmikroskop konnten die Biologen damit genau verfolgen, wo sich die Moleküle während der Replikation und während der Teilung befinden.
Ein Beitrag von:
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mn - 24.06.2009
© BIOPRO Baden-Württemberg GmbH

Weitere Informationen zum Beitrag:

Prof. Dr. Peter Graumann
Institut für Mikrobiologie
Schänzlestr. 1
Tel.: ++49-(0)761/203-2630
Fax: ++49-(0)761/203-2773
E-Mail: peter.graumann(at)biologie.uni-freiburg.de



http://www.bio-pro.de/magazin/thema/03997/index.html?lang=de