8.3.2004, 17:50 Uhr
Evolutionäres Spielgeld: Hefe war zwei Hefen
Die Bier- und Bäckerhefe hat eine Vergangenheit als genetischer Superorganismus hinter sich. Zu diesem Schluss kommen amerikanische Bioinformatiker im Magazin "Nature". Das komplette Genom des Pilzes hat sich demnach vor vielen Hundert Millionen Jahren schlagartig verdoppelt und wurde im Laufe der Zeit wieder auf seine ursprüngliche Größe zusammengestrichen - abgesehen von einigen Genen, die zu einer neuen Funktion fanden.
"Im Fall der Hefe gingen etwa 90 Prozent der duplizierten Gene wieder verloren", erläutert Manolis Kellis vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. "Der Organismus erreichte erneut einen Zustand, in dem es für jede Funktion ein Gen gab [...] und behielt nur 457 zusätzliche Gene." Viele dieser Gene gehören zum Zuckerstoffwechsel der Hefe oder haben regulatorische Funktion. Dies passe zu den bemerkenswerten Stoffwechselfähigkeiten der Hefe, so der Forscher. "Sie ist der beste Fermenter, den es gibt."
Schon früher war vermutet worden, dass die Bier- und Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) einen evolutionären Sprung machte, indem sie ihr genetisches "Spielgeld" verdoppelte. Kellis und seine Kollegen sequenzierten nun das Genom einer weiteren Hefeart namens Kluyveromyces waltii, die sich vor dem vermuteten Ereignis von ihrer Schwester getrennt hatte. Tatsächlich fanden sie für über 75 Prozent des Kluyveromyces-Genoms zwei sehr ähnliche Regionen im Saccharomyces-Genom.
Im Licht dieser Analyse machen auch die bloßen Zahlen Sinn: Kluyveromyces besitzt acht Chromosomen mit knapp 5.300 Genen, Saccharomyces dagegen 16 Chromosomen mit über 5.700 Genen. Wie es zu der Verdopplung kam, ist noch unklar. Möglicherweise kopierte eine Hefezelle ihre DNA, ohne sich danach zu teilen. Vielleicht verschmolzen aber auch zwei Hefezellen außerplanmäßig miteinander. Kellis und seine Kollegen glauben, dass viele Organismen auf diese Weise ihre Fähigkeiten erweitert oder verfeinert haben. Kandidaten seien insbesondere Pflanzen und Fische mit ihrem Hang zur Vervielfachung des Erbguts.
Forschung: Manolis Kellis, Bruce W. Birren und Eric S. Lander, The Broad Institute, Massachusetts Institute of Technology und Harvard University, und MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory, Cambridge, Massachusetts
Online-Veröffentlichung Nature, 7. März 2004, DOI 10.1038/nature02424
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Hefe & Bier
Introduction to Saccharomyces cerevisiae
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