Читать книгу Arabidopsis – ein Leben ist nicht genug - Gottfried Zurbrügg - Страница 15

An der Wand hingen die Genkarten von Arabidopsis. Die bisherigen Ergebnisse der Forschung waren eingezeichnet. Im Lichtkegel des Mikroskops lagen einige grüne Arabidopsiszellen. Noch war ihnen nichts anzusehen. Anne befestigte die Videokamera auf dem Mikroskop und stellte sie genau ein. „Das wird kein spannender Film“, sagte sie zu Dr. Meyer, „aber ich möchte wissen, wie sich die Zellen ändern, wenn sie die Todesbotschaft bekommen.

„Im Schnelldurchlauf erkennen wir vielleicht etwas“, sagte Meyer. „Ich habe im Internet einen Hinweis auf Alterungsenzyme gefunden und sie besorgt. Es sollen Stoffe sein, die Zellen ganz unspezifisch altern lassen. Ob das die Botenstoffe sind, die den Tod der Pflanzen einleiten?“

„Ich werde einige Gewebeabschnitte damit behandeln und dann wissen wir mehr“, sagte Anne und bestrich Gewebeproben mit der neuen Flüssigkeit, kontrollierte noch einmal die gesamte Versuchsanordnung und ließ die Kamera anlaufen. „So muss es klappen. In drei Stunden wechseln wir die Kassette.“ Sie ging an ihren Arbeitsplatz zurück. „Die Beobachtung wird noch nicht ausreichen. Wir müssen wissen, was sich in der Zelle ändert“, sagte sie. „In zerkleinertem Zellgewebe müssten sich auch chemische Änderungen nachweisen lassen. Was meinen Sie, Dr. Meyer? Änderungen im pH-Wert oder in der Sauerstoffkonzentration? Das könnten Hinweise auf die chemischen Prozesse in der Zelle sein. Erst wenn wir das verstanden haben, können wir die vermuteten Gene suchen.“

Sie wartete Meyers Bestätigung nicht ab, sondern nahm von den vielen Arabidopsispflanzen, die auf der Fensterbank standen, gezielt Blätter, die bereits deutlich abstarben. Ein kleiner Mixer zerrieb die Pflanzen zu einem grünen Brei. Anne verteilte das Mus auf zwei kleine Kolben. In den einen hängte sie eine pH-Messanlage, in den zweiten eine Elektrode zur Sauerstoffmessung. Beide Geräte schaltete sie an ihren Computer.

„Wie weit sind Sie, Dr. Meyer?“, fragte sie, während sie auf dem Bildschirm die Funktion und die Speicherung überprüfte.

Meyer sah von seiner Arbeit auf. „Noch ist makroskopisch nichts zu sehen“, sagte er. „Ich bereite gerade Feinschnitte vor, in denen man vielleicht schon etwas erkennen kann.“

Mit dem Mikrotom schnitt er feine Streifen von Blättern und legte sie unter das Mikroskop. Die Blattzellen waren deutlich zu erkennen. In der Epidermis färbten sich einige Zellen braun. „Frau Neidhardt, kommen Sie doch bitte mal“, rief Meyer erfreut, „ich glaube, wir sind auf dem richtigen Weg. Die Epidermis verfärbt sich. In diese Bereiche ist das Enzym zuerst eingedrungen.“

„Moment“, sagte Anne, „hier bei mir tut sich auch etwas.“ Auf dem Computer begannen Zahlenreihen zu laufen. „Der pH-Wert der Lösung ändert sich rapide! Parallel dazu verändert sich auch der Sauerstoffgehalt der Probe.“ Staunend verfolgte Anne die Anzeige auf ihrem Bildschirm. „Ich dachte, die Sauerstoffkonzentration in den Zellen würde abnehmen und damit zu einem Erstickungstod führen“, sagte sie, „aber die Konzentration nimmt zu! Wie ist das zu erklären?“

Meyer verfolgte mit ihr die Zahlenreihen auf dem Bildschirm. „Erstaunlich“, sagte er. „Jetzt sinkt die Sauerstoffkonzentration, wie wir es erwartet haben, wieder ab!“

„Wir müssen das Experiment mehrfach wiederholen“, sagte Anne, „aus einem Versuch kann man noch keine Theorie ableiten. Wir wissen nicht, welche besonderen Versuchsbedingungen vorlagen.“

Aber es blieb dabei. Auch der fünfzigste Ansatz zeigte vergleichbare Werte. Die Sauerstoffkonzentration stieg beim Absterben in den Zellen rapide an und fiel erst nach einiger Zeit, wie sie es erwartet hatten. Anne versuchte, die Ergebnisse zu verstehen.

„Ich stelle die Daten mal als Kurve dar“, sagte sie. Auf dem Bildschirm erschien eine rote Linie in einem Koordinatensystem. In dieser Darstellung wurde der Verlauf deutlicher. Zuerst stieg der Sauerstoffgehalt plötzlich an, hielt sich eine Zeit auf hohem Niveau und erst dann sank der Sauerstoffgehalt wie erwartet rapide ab.

„Ich glaube, ich verstehe den Vorgang“, meinte Meyer nachdenklich. „So viel freier Sauerstoff muss in der Zelle alles zerstören. Das verträgt keine Zelle.“

„Wenn das so vorgesehen ist“, sagte Anne und stützte den Kopf auf beide Hände. „Was ist der Tod anders? Das geordnete Gefüge der Zelle wird zerstört und sie kann nicht mehr arbeiten. Leben verläuft in geordneten Vorgängen, Nicht-Leben bedeutet chemische Prozesse, wie sie überall in der Natur ablaufen. Sie ähneln den Lebensprozessen, laufen aber unkontrolliert ab.“

„Da haben wir wahrscheinlich schon des Rätsels Lösung“, sagte Meyer. „Die Änderung des pH-Wertes geht in gleiche Richtung. Die Zellflüssigkeit hat einen pH-Wert, bei dem die Enzyme ideal arbeiten können, aber er kann auch nur durch komplexe Vorgänge so gehalten werden. Um das zu erreichen, sind Steuerungen notwendig. So etwas leisten nicht einmal Pufferlösungen. Wenn das vermutete Todesgen nun eben diese Steuerung abschaltet?“

„Dann laufen normale chemische Prozesse ab. Die Abbauprodukte in der Zelle werden nicht mehr entfernt und sie zerstören die Zelle.“

„Wie in einer chemischen Fabrik, in welcher der Zentralcomputer ausfällt. Dann wird die Wärme nicht mehr abgeführt und die Abfallprodukte können nicht entsorgt werden. Eine solche Fabrik muss sich früher oder später selbst zerstören.“

„Damit haben wir eine Theorie aufgestellt“, sagte Anne. „Wir fanden bei früheren Versuchen heraus, dass die Katalase den freien Sauerstoff aufarbeitet. Die Änderung der Katalasekonzentration müsste auch nachweisbar sein.“

„Überprüfen wir das“, schlug Meyer vor.

Die Ergebnisse waren eindeutig. Die Konzentration der Katalase fiel in der Lösung plötzlich stark ab, um kurze Zeit darauf wieder auf einen annähernd normalen Wert anzusteigen.

„Nun haben wir den Mechanismus verstanden, mit dem das Todesgen die Zelle zum Absterben bringt“, sagte Anne. „Wie ein Terrorist schaltet sie kurzzeitig die Katalaseproduktion auf null. Damit wird der Sauerstoff frei und kann sein Zerstörungswerk beginnen. Die nun ablaufenden chemischen Prozesse zerstören die Zelle.“

„Tod vollzieht sich sowohl in einem Augenblick als auch in einem Prozess“, sagte Meyer. „Jemand legt den Schalter kurz um und dann ist es geschehen. Wir müssen nun das Gen suchen, das wie dieser vermutete Schalter wirkt.“

An der Wand hingen die Genkarten von Arabidopsis. Lange Streifen mit schwarz-weißem Muster, eng beschrieben mit schwarzen und weißen Feldern. An vielen Bereichen waren Klammern mit Bezeichnungen: Gene für die Blattfarbe, Blattgröße, die Behaarung der Blätter, die Ausprägung der Wurzeln, Blütenfarbe …

„So viele Bereiche kennen wir schon“, sagte Anne und betrachtete die Genkarten. „Aber wo versteckt sich das Todesgen?“

„Morgen ist auch noch ein Tag“, meinte Meyer.

Die Tür ging und Anne war allein. Die Sonne sank über der hohen Häuserfront der Kaiserstraße. Anne ergriff eine seltsame Traurigkeit. Wofür arbeite ich eigentlich?, dachte sie. Was suche ich? Ein Todesgen? Oder Erfüllung? Ist nicht alles so sinnlos? Deutlich hob sich die St. Bernhardkirche vom hellen Hintergrund des Himmels ab. Die Gedanken erdrückten Anne. Sie setzte sich ans Fenster und sah einfach hinaus. Überall gingen die Lichter an. Die Straßenbahnen ratterten vorbei, der Lärm des Verkehrs brandete zu ihr hoch. Die Turmuhr von St. Bernhard begann zu schlagen und dann fiel das Geläut der anderen Kirchen ein. Anne blieb am Fenster sitzen und überließ sich ihren Gedanken.

„Sie sind noch an der Arbeit?“, fragte jemand.

Erschrocken drehte sich Anne um. Scherrer stand in der Tür. Er trug noch seinen weißen Labormantel. Sie stand verwirrt auf.

„Frau Neidhardt“, sagte Scherrer. „Ich mache nur meinen abendlichen Kontrollrundgang. Aber da Sie noch hier sind, darf ich sicher neugierig sein. Wie weit sind Sie mit den Forschungen gekommen?“

„Ach, Herr Professor, Sie wissen doch, wie mühsam das ist“, sagte Anne. „Hier habe ich die Genkarten aufgehängt und alles eingetragen, was wir bisher gefunden haben. Es sind Bereiche dabei, die etwas mit einer inneren Uhr zu tun haben. In diesen Abschnitten suche ich das Todesgen.“

Scherrer hüstelte. Er ging an die Karten und sah sich die Eintragungen an. „Das sind die Bereiche, welche die Lebenszeiten bestimmen?“, fragte er.

„Ja“, bestätigte Anne. „Das sind die Gene, welche für die Blatt- und Blütenentwicklung verantwortlich sind. Diese hier sind für die Fruchtbildung zuständig.“ Anne zeigte auf die entsprechenden schwarzen Bereiche in den Genkarten.

„Ich glaube, Sie sind auf der richtigen Spur“, sagte Scherrer. „Hier habe ich einen besonderen Schatz für Sie.“ Seine blauen Augen leuchteten vor Stolz. „Natürlich arbeiten nicht nur wir an Arabidopsis. Amerikanische Institute forschen genauso an dieser Pflanze und sind uns in vielen Bereichen voraus.“ Anne nickte zustimmend. „Heute kam ein Bericht.“ Scherrer zog mehrere Seiten eines Computerausdrucks aus seinem Kittel. „In dieser Arbeit geht es um das Problem, welche Steuerungsmechanismen die Schoten von Raps öffnen. Selbst das ist genetisch festgelegt.“

„Dieser Vorgang ist ganz eng mit dem Absterben der Pflanze verbunden“, sagte Anne aufgeregt. „Wo liegt der genetische Bereich?“

„Geduld, Geduld“, mahnte Scherrer. „Hier steht es: Die vorzeitige Öffnung der Schoten beim Raps führt zu 20 % Ernteverlusten. Zur genetischen Regulation der Fruchtöffnung liegen erste Befunde vor. Es wurden nun zwei Gene identifiziert, die für die Öffnung der Schoten verantwortlich sind. Die Wirkung der Gene ist redundant, eine Mutation in nur einem führt also nicht zu einem veränderten Phänotyp. Solche Redundanzen findet man nicht selten bei Genen, die wichtige Entwicklungsvorgänge kontrollieren; hierdurch wird der richtige Ablauf des Vorgangs besonders gesichert. Wenn beide Gene mutiert sind, unterbleibt die Verholzung der Fruchtblattwandung und es wird kein Trenngewebe ausgebildet, sodass sich die Schote nicht öffnen kann. Durch Ausschaltung der SHP-Gene könnte eine vorzeitige Schotenöffnung vermieden werden. Dies könnte rasch über transgene Pflanzen oder langsamer durch klassische Züchtung erreicht werden.“

Scherrer ließ das Blatt sinken. „Denken Sie an die großen Kulturpflanzen“, sagte er leise, „an Mais, Baumwolle, Raps, Weizen, an die Pflanzen, welche die Menschen ernähren und kleiden.“ Anne sah ihn verwundert an. Scherrer spürte ihren Blick. „Ich dachte an ein Gespräch mit einem Kollegen“, erklärte er. „Man wies mich darauf hin, dass wir an den wichtigen Pflanzen arbeiten sollen.“

„Aber das tun wir doch“, meinte Anne. „Sehen Sie, so weit sind wir auch. In diesen Bereichen sind die MADs-box-Gene. Hier müssen auch die neu identifizierten Gene liegen. Waren auch Genkarten im Internet veröffentlicht?“

„Natürlich“, erklärte Scherrer. „Ich habe Ihnen alles mitgebracht. Schauen Sie es morgen durch. Die gleichen Abzüge liegen bei mir im Labor. Wenn Sie Ergebnisse oder neue Interpretationen haben, kommen Sie zu mir. Die Ausschaltung der Gene erscheint mir interessant und auch die Doppelfunktion gerade bei Entwicklungsgenen. Wir müssen also die jeweiligen Genbereiche auf den homologen Chromosomen suchen. Die Todesgene müssen auf beiden Genen in gleicher Weise vorhanden sein, denn Gene sind redundant. Sie werden nur dann wirksam, wenn sie auf beiden Chromosen vorhanden sind. So kann immer eins wirksam werden. Das ist nicht neu, aber bei diesen Genen ist gerade die Redundanz so entscheidend. Vielleicht könnte auch eine Veränderung an nur einem Gen die Aus- und Anschaltung der Todesgene möglich machen.“

Scherrer musste erneut in ein weißes Taschentuch husten. „Haben Sie einmal mit Dr. Meyer darüber gesprochen? Er scheint mir in diesen Bereichen besonders kompetent zu sein“, fragte er, als er wieder Luft bekam.

„Noch nicht“, erwiderte Anne viel abweisender, als sie es wollte, „aber danke für den Internetausdruck. Das wird uns erheblich weiterbringen.“

Scherrer gab ihr die Blätter und wünschte „Gute Nacht“. Sie ging mit ihm zur Tür und sah ihm nach, wie er durch die langen Gänge des Institutes ging. Unwirklich blau leuchteten rechts und links die Pflanzenkästen.

Anne hielt die langen Ausdrucke in der Hand und dachte nach. Wichtige Entwicklungsvorgänge werden auch doppelt abgesichert? Bestimmt auch die Todesgene.

Scherrer und Meyer hatten recht. Es war genug. Morgen war wieder ein Tag. Morgen gab es vielleicht brauchbare Ergebnisse.