Gesundheit : Licht steuert Alge

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Erstmals haben Wissenschaftler einen Ionenkanal entdeckt, der durch Licht gesteuert wird. Ionenkanäle fungieren als Pforten für Zellmembranen. Durch die Öffnungen können geladene Teilchen (Ionen) ins Innere der Zelle strömen und wieder retour in die Umgebung gelangen. Eine Arbeitsgruppe um den Biologen Georg Nagel vom Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt hat in einzelligen Algen (Chlamydomonas reinhartii) einen Kanal gefunden, der Wasserstoffionen, also Protonen, leitet.

Dieser Vorgang wird direkt durch Licht beeinflusst. Die Frankfurter Forscher arbeiteten mit einem Team um den Biologen Peter Hegemann von der Universität Regensburg zusammen. Wie die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Science“ (Band 296, Seiten 2395-2398) berichten, eröffnet sich die Möglichkeit, Membranpotenzial und Säuregehalt von Zellen auf einfache Art zu verändern, nämlich durch Belichtung.

Neben Kanälen finden sich in Zellmembranen auch Ionenpumpen. Während Kanäle den „passiven“ Durchtritt von Ionen durch die Membran entlang eines elektrochemischen Gefälles erleichtern, transportieren die Pumpen die gelandenen Teilchen „aktiv", also auch gegen das Gefälle. Dafür wird jedoch Energie verbraucht. Der neu entdeckte Kanal befindet sich in den „Augen“ der Alge Chlamydomonas. Das Genom der beliebten „Modell-Alge“ der Biologen ist bereits vollständig bekannt.

Bei der Untersuchung der Erbsubstanz stießen die Forscher auf ein Protein, das Kanal-Rhodopsin „Chop-1“. „Wir fanden heraus, dass die Substanz direkt auf Licht reagiert“, sagt Nagel. Der Photorezeptor erlaubt der Alge, Intensität und Richtung des einfallenden Lichts zu messen. Nach der Belichtung werden die Kanäle aktiviert. Es kommt zu einer Reaktionsfolge, die Kalzium-Ionen in Flagellen strömen lässt – das sind Fortsätze der Zelle, die zur Bewegung dienen. Die Einzeller regulieren damit die Schwimmrichtung, um sich zum Licht zu bewegen.

Die Entdeckung sei nützlich für die Grundlagenforschung, erklärt Nagel. Durch geeignete Mutationen können Kanäle in Pumpen verwandelt werden und umgekehrt. „Mit Licht lässt sich das Membranpotenzial verändern“, sagt der Frankfurter Forscher. Medikamente können gezielt entwickelt werden, die in der Lage sind, Kanäle für Wirkstoffe zu öffnen. „Das kann für die Behandlung von Herz-Rhythmus-Störungen nützlich sein", erklärt Nagel.Paul Janositz

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