„Sie untersuchen ein Gebiet, das weitgehend noch nicht erforscht ist“, sagte Sol Gruner, Forscherin für molekulare Biophysik an der Cornell University. Er wurde für die Studie konsultiert, war aber kein Co-Autor.
Plasmaloge Lipide kommen auch im menschlichen Gehirn vor und ihre Rolle in Tiefseemembranen könnte zur Erklärung von Aspekten der Zellsignalisierung beitragen. Die Forschung enthüllt unmittelbar eine neue Art und Weise, wie sich das Leben an die extremsten Bedingungen der Tiefsee angepasst hat.
Verrückt in der Membran
Die Zellen allen Lebens auf der Erde sind von Fettmolekülen, sogenannten Lipiden, umgeben. Wenn man Lipide in ein Reagenzglas gibt und Wasser hinzufügt, richten sie sich automatisch Rücken an Rücken aus: Die fetten, wasserabweisenden Schwänze der Lipide vermischen sich zu einer inneren Schicht, und ihre wasserliebenden Köpfe verbinden sich zu der äußeren Schicht. Teile einer dünnen Membran. „Es ist, als würden sich Öl und Wasser in einer Schüssel trennen“, sagte Winnikoff. „Es ist universell für Lipide und sorgt dafür, dass sie wirken.“
Für eine Zelle dient eine äußere Lipidmembran als physikalische Barriere, die wie die Außenwand eines Hauses für Struktur sorgt und das Innere der Zelle zusammenhält. Aber die Barriere kann nicht zu stark sein: Sie ist mit Proteinen übersät, die etwas Luft zum Atmen benötigen, um ihre verschiedenen zellulären Aufgaben zu erfüllen, etwa den Transport von Molekülen durch die Membran. Und manchmal wird eine Zellmembran eingeklemmt, um Chemikalien an die Umgebung abzugeben, und baut sich dann wieder auf.
Damit eine Membran gesund und funktionsfähig ist, muss sie gleichzeitig robust, flüssig und dynamisch sein. „Die Membranen befinden sich an der Grenze der Stabilität im Gleichgewicht“, sagte Winnikoff. „Obwohl die Struktur sehr gut definiert ist, zirkulieren alle einzelnen Moleküle, aus denen die Schichten auf jeder Seite bestehen, ständig umeinander. Es ist eigentlich ein Flüssigkristall.
Eine der neuen Eigenschaften dieser Struktur sei, sagt er, dass die Membranumgebung sowohl auf Temperatur als auch auf Druck sehr empfindlich sei, viel empfindlicher als andere biologische Moleküle wie Proteine, DNA oder RNA. Wenn man beispielsweise eine Lipidmembran kühlt, bewegen sich die Moleküle langsamer, „und schließen sich schließlich zusammen“, sagte Winnikoff, ähnlich wie wenn man Olivenöl in den Kühlschrank stellt. „Biologisch gesehen ist das grundsätzlich eine schlechte Sache.“ Stoffwechselprozesse kommen zum Stillstand; Die Membran kann sogar reißen und der Inhalt austreten.
Um dies zu vermeiden, verfügen viele kälteadaptierte Tiere über Membranen, die aus einer Mischung von Lipidmolekülen mit leicht unterschiedlichen Strukturen bestehen, um die Zirkulation von Flüssigkristallen auch bei niedrigen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Da hoher Druck auch den Fluss einer Membran verlangsamt, gingen viele Biologen davon aus, dass Tiefseemembranen auf die gleiche Weise aufgebaut seien.