Um zu klären, wie biologische Zellen vor 3,5 Mrd. Jahren - im Vergleich zu heute - funktionierten, haben Forscher der Universität Regensburg vorzeitliche bakterielle Proteinkomplexe rekonstruiert. Das Team um Prof. Dr. Reinhard Sterner (Lehrstuhl für Biochemie II) konnte zeigen, dass die Unterschiede überraschend gering sind: Die Untersuchungen weisen auf die Existenz von komplexen zellulären Systemen bereits 500 Mio. Jahre nach Einsetzen der biologischen Evolution hin. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift "Cell Chemical Biology" publiziert (DOI: 10.1016/j.chembiol.2016.05.009) und widerspricht gängigen Hypothesen, nach denen ursprüngliche Organismen vor allem einfache Enzyme aufweisen.

Fossilien aus 3,5 Milliarden Jahre alten Bakterien sind nicht verfügbar. Mit Hilfe von computerbasierten Analysen lassen sich ihre Enzyme allerdings "wiederbeleben". Die Regensburger Forscher konnten auf der Grundlage eines Vergleichs der Aminosäuresequenzen von mehr als 50 Bakterien einen Proteinkomplex nachbilden, die sehr wahrscheinlich dem aus dem letzten gemeinsamen Vorfahren aller Bakterien sehr ähnlich ist. Der "alte" Enzymkomplex wurde anschließend strukturell und funktionell charakterisiert.

"Nach einer allgemein anerkannten Theorie waren vorzeitliche Enzyme weniger ausgefeilt und effizient als ihre modernen Nachfahren", erläutert Sterner. "Mit Hilfe unserer Verfahren konnten wir allerdings weit in die Vergangenheit zurückreisen und nachweisen, dass schon der letzte gemeinsame Vorläufer aller Bakterien sehr ausgeklügelte Eigenschaften aufwies - hohe enzymatische Aktivität und eine ähnlich intensive Kommunikation zwischen den Proteinuntereinheiten wie in modernen Enzymkomplexen."

"Wir schließen aus unseren Daten, dass in der frühen Phase der biologischen Evolution - vor 4 Milliarden bis 3.5 Milliarden Jahren - vermutlich zunächst primitive Enzyme existierten, dass aber 500 Millionen Jahre Zeit genug zur Ausbildung hochkomplexer Enzyme waren", erklärt der an der Studie ebenfalls maßgeblich beteiligte Regensburger Wissenschaftler Prof. Dr. Rainer Merkl.

Was innerhalb dieser 500 Millionen Jahre genau passierte bzw. wie die Bakterien derart perfekte Enzymkomplexe entwickelten, ist noch unklar. Nachdem sie aber einmal gebildet waren, haben sich diese Komplexe wohl über Milliarden von Jahren biologischer Evolution nicht mehr entscheidend verändert.

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