Getrunken wurde es bereits im alten Ägypten, professionell gebraut zuerst nur von Frauen: das Bier. Anlässlich des Internationalen Tages des beliebten Getränks haben wir Claudio De Virgilio, Professor am Departement für Biologie, über seine Forschung mit Bierhefe ausgefragt, und dabei einiges über Mutanten und 200 Jahre alte Hefezellen gelernt.
Claudio De Virgilio, warum wird Bierhefe für die Laborforschung verwendet?
Bierhefe ist ein Pilz und einer der einfachsten eukaryotischen (einen Zellkern besitzenden) Organismen. Die Bierhefezellen teilen sich alle neunzig Minuten, also extrem schnell. Das ist vorteilhaft, denn am Ende eines Tages stehen uns Milliarden Hefezellen zur Verfügung, mit welchen wir Experimente machen können. Der Umgang mit Bierhefezellen ist dabei ethisch völlig unbedenklich (lacht). Genetisch sind sie leicht manipulierbar und die einzelnen Gene lassen sich verändern oder ganz ausschalten. In unserem Labor haben wir die Bierhefe sozusagen domestiziert.
Claudio De Virgilio domestiziert in diesem Labor seine Bierhefezellen.
Wie funktioniert das genau?
Erst sprossen einfache, sogenannte haploide Hefezellen. Nach einer Vereinigung bzw. Kreuzung von haploiden Hefezellen verschmelzen deren Kerne, so dass daraus diploide Sprosszellen entstehen. Die diploide Hefe kann man dazu führen, dass sie eine Meiose durchmacht, also eine besondere Art der Kernteilung. Aus der Meiose entstehen wieder vier haploide Tochterzellen, bei welchen man genetische Charakteristiken der « Eltern » verfolgen kann. Zum Beispiel lässt sich sehr gut beobachten, wie verschiedene Mutationen in einem Organismus miteinander interagieren: Die Hefe hat ungefähr 6’000 Gene. Davon lassen sich 5’000 einzelne lebensfähige Mutanten erschaffen, bei welchen jeweils ein Gen fehlt. Diese kann man auf kleine Platten arrangieren und mit Hilfe eines Roboters mit anderen Mutanten kreuzen und analysieren, was passiert.
Das klingt alles sehr praktisch. Ergeben sich aus der Arbeit mit Bierhefe auch Nachteile?
Wenn man kompliziertere Studien durchführen möchte, hat Bierhefe ihre Grenzen. Aber grundlegende Prozesse, die in den Zellen ablaufen, z.B. Zellteilung, Wachstumskontrolle, Proteinproduktion u.v.m. lassen sich damit sehr gut nachvollziehen. Für die Krebsforschung sind Bierhefezellen relevant, wenn man verstehen möchte, wie Zellen sich teilen und wachsen.
Welche Entdeckungen haben Sie selbst mit Bierhefe gemacht?
Eine Grundfrage in diesem Forschungsgebiet lautet: Wie weiss eine Zelle, dass sie wachsen kann? Ein wichtiger Faktor beim Wachstum von Zellen sind die Nährstoffe. Wenn wichtige Nährstoffe limitiert werden, stoppen die Hefezellen das Wachstum und kommen in eine Art Ruhestand. Sie setzen Energiereserven an, von welchen sie noch lange zehren können. Somit können sie sehr lange überleben.
Bierhefe im Kolben …
… und in der Petrischale.
Vor rund fünfundzwanzig Jahren entdeckte man in der Hefe und danach beim Menschen einen Proteinkomplex namens TOR, der wie ein Schalter funktioniert und das Zellwachstum reguliert: Wenn er an ist, wachsen die Zellen und teilen sich. Wenn er aus ist, nicht. Der TOR Proteinkomplex muss also wissen, ob die für das Wachstum benötigten Nährstoffe vorhanden sind oder nicht. Sobald dieser Komplex nicht richtig funktioniert, kann Krebs entstehen. Bei 70% der Krebszellen ist TOR hyperaktiv. Hier lautet die Frage: Wie nimmt TOR die Nährstoffe wahr? Dazu haben ich und mein Team einen wichtigen Forschungsbeitrag geleistet. Wir entdeckten einen weiteren Proteinkomplex, der die Präsenz von Aminosäuren wahrnehmen kann. Aminosäuren sind die Grundbausteine von Proteinen, die Proteinsynthese ist wiederum wichtig für das Zellwachstum. Dieser EGO-Komplex – so tauften wir ihn – aktiviert (in der Anwesenheit von Aminosäuren) oder inaktiviert (wenn Aminosäuren fehlen) TOR. Diesen Regulator gibt es auch beim Mensch. Regulatoren des EGO-Komplexes, welche wir in den letzten Jahren auch identifiziert haben, wirken beim Mensch als Tumorsuppressoren, das heisst, deren Defekt ist an der Entstehung von verschiedenen Tumoren beteiligt.
Faszinierend und deprimierend zugleich …
Ich möchte Sie mit einer besonderen Geschichte aufheitern!
Original Flag Porter Bier mit ganz besonderer Hefe.
Nur her mit den Fun Facts!
Wie Sie mittlerweile wissen, können Hefezellen ziemlich lange überleben. 1825 sank ein englisches Schiff, welches mit einigen Kisten Porter Bier beladen war, in den Meeresgrund. Die Flaschen blieben intakt und die Bierhefe überlebte dank der mit Wachs bezogenen Korken und der guten Temperaturbedingungen. Wissenschaftler haben die lebenden Hefezellen retten können. Da das Originalrezept bekannt ist, wird jetzt dieses Flag Porter 1825 Original gebraut.
Dieser Sommer bricht alle Rekorde. Ist Bier bei dieser grossen Hitze … Ihre Tasse Tee?
Ich gönne mir ab und zu gerne ein Bier, aber noch viel lieber trinke ich Kaffee – pro Tag können es schnell fünfzehn Tassen werden. Kaffee, so die neusten Forschungsergebnisse, senkt das Risiko des Auftretens von bestimmten Tumoren. Ich besitze sogar meinen eigenen Kaffeestrauch!
Die Grundlage für jede gute Forschung ist eine Tasse guter Kaffee davor. De Virgilio vor seinem Kaffeestrauch.
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