Ludwig-Maximilians-Universität München
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Die Evolution der Genregulation

Wie mikrobielle Nachbarn Gegensätze schlichten

München, 26.05.2009

Auch bei Mikroben dreht sich alles um Angebot und Nachfrage – wenigstens auf genetischer Ebene. Denn nicht jedes ihrer Genprodukte, also die Bauanleitung für Proteine, wird immer benötigt. Die meisten ihrer Anlagen werden daher, wie bei höheren Organismen auch, erst bei Bedarf aktiv. Im einfachsten Fall aktiviert dann ein Transkriptionsfaktor das betreffende Gen. Etwas komplexer regulierte Anlagen werden dagegen von einem Repressor inaktiv gehalten, der sich erst bei Bedarf ablöst. Nach dem „use-it-or-lose-it“-Prinzip bilden sich diese zwei Regulationsmechanismen abhängig von der Nachfrage aus: Sind Anlagen häufig aktiv, werden sie in der Regel direkt induziert. Gene für selten gebrauchte Proteine werden dagegen eher durch Repressoren inaktiv gehalten. Der LMU-Physiker Ulrich Gerland und Professor Terence Hwa von der University of California haben nun aber mit Hilfe von Computersimulationen und theoretischen Analysen nachgewiesen, dass ein weiteres – und zwar entgegengesetzt wirkendes – Prinzip ebenfalls zum Tragen kommt: „wear-and-tear“. Danach kann auch eine direkte Aktivierung zu schädlichen Veränderungen führen. „Welches der beiden Prinzipien sich jeweils durchsetzt, hängt aber von evolutiv wirksamen Kriterien wie der Populationsgröße und von den Zeitspannen ab, in denen Umweltveränderungen auftreten“, sagt Gerland. „Unsere Studie könnte sich als guter Ausgangspunkt für detaillierte Entwicklungsmodelle regulatorischer Systeme erweisen.“ (PNAS Early Edition, 22. April 2009)

 

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