PsrR1: Ein Schlüssel zum Schutz vor Lichtschäden
Cyanobakterien, die mittels Fotosynthese Energie aus Licht gewinnen und dabei Sauerstoff produzieren, sind anfällig für zu hohe Sonnenstrahlung. Diese kann ihre Fotosynthesesysteme schädigen. Bislang war wenig über die molekularen Mechanismen bekannt, die Cyanobakterien nutzen, um auf Schwankungen der Lichtintensität zu reagieren. Es wurde angenommen, dass primär Proteinsignalsysteme diese komplexen Regulationsprozesse steuern.
Forschungsgruppen um Prof. Dr. Annegret Wilde und Prof. Dr. Wolfgang Hess vom Institut für Biologie III der Universität Freiburg haben nun gezeigt, dass das spezialisierte RNA-Molekül PsrR1 eine zentrale Rolle spielt. Dieses Molekül besteht aus 131 Nukleotiden und ist damit deutlich kleiner als durchschnittliche mRNA-Moleküle. PsrR1 ist maßgeblich am Umbau des Fotosyntheseapparates beteiligt, wenn die Zellen zu viel Licht ausgesetzt sind.
Funktionsweise von PsrR1
PsrR1 ist ein regulatorisches RNA-Molekül. Es beeinflusst, welche Boten-RNAs (mRNA) zur Proteinproduktion abgelesen werden. Die regulatorische RNA bindet an verschiedene Abschnitte der mRNA, wodurch die Translation, also die Herstellung von Proteinen, und die mRNA-Stabilität reduziert werden können. Dies führt zu einer verminderten Synthese von Pigmenten und Proteinen des Fotosystems I. Das Fotosystem ist ein Bestandteil des Fotosyntheseapparates, der in Cyanobakterien und Pflanzen Sonnenlicht in chemische Energie umwandelt.
Durch diesen Mechanismus schützt PsrR1 den Fotosyntheseapparat vor Lichtstress. Cyanobakterien sind weltweit verbreitet, von der Antarktis über Wüstengebiete bis hin zu Flüssen, Seen, Hauswänden und Aquarien. Sie besiedelten die Erde bereits vor über drei Milliarden Jahren und trugen maßgeblich zur Anreicherung der Atmosphäre mit Sauerstoff bei. In den Ozeanen stellen sauerstoffproduzierende Cyanobakterien die größte Gruppe fotosynthetisch aktiver Organismen dar. Ihre ökologische Funktion ist ein Grundpfeiler der Biosphäre.
Potenzial für die Biotechnologie
Die neuen Erkenntnisse sollen dazu beitragen, Cyanobakterien für biotechnologische Anwendungen zu erschließen. Das Potenzial dieser Organismengruppe ist vielfältig und umfasst die mögliche Nutzung als Bioenergielieferanten, Nahrungs- und Futtermittel sowie als Produzenten von medizinischen Präparaten und Kosmetika.
Originalpublikation
J. Georg, D. Dienst, N. Schürgers, T. Wallner, D. Kopp, D. Stazic, E. Kuchmina, S. Klähn, H. Lokstein, W.R. Hess, A. Wilde (2014): The Small Regulatory RNA SyR1/PsrR1 Controls Photosynthetic Functions in Cyanobacteria. Plant Cell. 2014 Sep 23. pii: tpc.114.129767.