PNAS-Studie: Viren als Baumeister komplexer Proteine

H-BRS-Forschende stellten das Protein im Reagenzglas her

Anders als für alle anderen Typen von Kaliumkanälen gibt es für die Tandem-Kaliumkanäle keine Vorläufer in Bakterien, was in der Vergangenheit Fragen bezüglich ihres evolutionären Ursprungs aufgeworfen hat. Um die Funktion des neu entdeckten Tandem-Kanals zu untersuchen, stellten Dr. Oliver Rauh und Jonas Toews von der H-BRS das Protein im Reagenzglas her und bauten es in künstliche Lipidmembranen ein. Dies erlaubte es ihnen, die Eigenschaften des Ionenkanals, genauer gesagt den Fluss von Ionen durch die Kanalpore, mit Hilfe elektrischer Messungen zu studieren. „Unsere Experimente belegen, dass dieses Gen für ein Protein mit den funktionellen Eigenschaften eines Kaliumkanals kodiert“, berichtet Dr. Oliver Rauh, der als Wissenschaftler im DFG-Forschungsverbund „CytoTransport“ an der H-BRS arbeitet. 

Verblüffende Entdeckung: Gen scheint viralen Ursprung zu sein

Die Autoren der Studie haben darüber hinaus die Verwandtschaftsbeziehungen zwischen dem neu entdeckten Virus-Kanal und bereits bekannten Tandem-Kaliumkanälen untersucht und dabei eine verblüffende Entdeckung gemacht: Anders als für die meisten Virus-Gene angenommen, ist das neu entdeckte Kaliumkanal-Gen nicht durch Diebstahl aus dem Erbgut des Wirts im Virusgenom gelandet. Vielmehr scheint das Gen viralen Ursprungs zu sein. „Dieser Befund unterstreicht einmal mehr eine neue Sichtweise, nach der die riesigen Mimi-Viren, zu denen das genannte Virus zählt, eine zentrale Rolle in der Evolution von Proteinen höherer Organismen gespielt haben“, betont Professor Gerhard Thiel vom Fachbereich Biologie der TU Darmstadt. 

Die Ergebnisse der Studie unterstreichen ferner, dass diese Viren reichhaltige Quellen für sehr interessante Proteine sind. So wurde in demselben Virus von anderen Forschenden bereits ein lichtgesteuerter Ionenkanal entdeckt, der ebenso wie die aus Grünalgen stammenden Ionenkanäle für optogenetische Anwendungen verwendet wird. 

Proteine viralen Ursprungs, so wie der neu entdeckte Tandem-Kaliumkanal, stellen darüber hinaus häufig deutlich einfacher aufgebaute und dadurch kleinere Versionen ihrer eukaryotischen Verwandten dar. Aufgrund dieses minimalistischen Aufbaus sind virale Proteine besonders gut als Bausteine für das gezielte Design von Proteinen mit ganz neuen Eigenschaften geeignet, so die Autoren.