Die Antarktis gehört zu den extremsten Lebensräumen der Erde. Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt stellen Organismen vor große Herausforderungen, da viele biologische Prozesse bei Kälte verlangsamt werden. Dennoch haben sich einige Fischarten erfolgreich an diese Bedingungen angepasst. Ein Forschungsteam der Andrés-Bello-Universität in Chile hat nun untersucht, wie antarktische Fische ihre lebenswichtigen Stoffwechselprozesse auch bei extremer Kälte aufrechterhalten können.
Im Mittelpunkt der Studie stand das Transportprotein PepT1, das im Darm für die Aufnahme von Peptiden und Aminosäuren verantwortlich ist. Diese Stoffe sind wichtige Bausteine für Proteine und spielen eine zentrale Rolle für Wachstum, Energiegewinnung und Stoffwechsel. Bei vielen Organismen verliert dieses Protein bei niedrigen Temperaturen an Leistungsfähigkeit. Beim antarktischen Eisfisch Chionodraco hamatus bleibt es jedoch auch unter extremen Bedingungen aktiv.
Mithilfe moderner Molekularsimulationen untersuchten die Forschenden die Struktur und das Verhalten des Proteins bei verschiedenen Temperaturen. Dabei stellten sie fest, dass das antarktische PepT1 eine außergewöhnliche Flexibilität besitzt. Diese ermöglicht es dem Protein, seine Form anzupassen und weiterhin Nährstoffe effizient zu transportieren. Zudem zeigte sich, dass das Protein seine Bindungsfähigkeit über einen großen Temperaturbereich hinweg beibehält und dadurch eine zuverlässige Nährstoffaufnahme gewährleistet.
Ein weiterer wichtiger Befund war die Entdeckung einer thermosensitiven Region des Proteins, die wie ein Temperatursensor wirkt. Sie verändert ihre Struktur je nach Umgebungstemperatur und hilft dabei, die Funktion des Transporters zu stabilisieren. Auch die Wechselwirkung zwischen dem Protein und der Zellmembran spielt eine entscheidende Rolle. Dadurch bleibt die Membran flexibel genug, damit das Protein seine Aufgaben erfüllen kann.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Anpassung an extreme Kälte auf einem Zusammenspiel verschiedener Mechanismen beruht. Die Forschung liefert wichtige Erkenntnisse über die Evolution von Lebewesen in extremen Lebensräumen und könnte künftig zur Entwicklung widerstandsfähiger Proteine für Anwendungen in Medizin, Biotechnologie und Materialforschung beitragen.
Heiner Kubny, PolarJournal