Wie gelingt die Kaliumregulation in Zellen?

Kalium ist überlebenswichtig für alle Organismen. Im menschlichen Körper führt Kaliummangel (Hypokaliämie) zu drastischen Störungen der Nerven- und Muskelfunktion. Aber auch für Pflanzen und Mikroorganismen wie Bakterien oder Pilze ist Kalium essentiell. Eine zu geringe Konzentration von Kalium führt zum Absterben von Zellen. Allerdings sind insbesondere Mikroorganismen in der Lage, unter wechselnden Umgebungsbedingungen zu überleben, was unter anderem auch die Stabilisierung ihres Kaliumhaushaltes voraussetzt.

Die  Biomathematiker Matthias Kahm und Maik Kschischo am Fachbereich Mathematik und Technik der Fachhochschule Koblenz haben im Rahmen eines internationalen Forschungsprojektes dazu beigetragen, die biologischen Prozesse der Kaliumregulation besser zu verstehen.

Sie haben ein mathematisches Modell für die Regulation von Kalium in der Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) entwickelt. Bäckerhefe spielt eine wesentliche Rolle in der biologischen Forschung, weil Experimente leicht und kostengünstig durchgeführt und trotzdem wichtige Rückschlüsse auf andere Organismen gezogen werden können.  In enger Zusammenarbeit mit experimentell arbeitenden Wissenschaftlern konnten Sie wesentliche Mechanismen zur Regulation des Kaliumhaushaltes einer Zelle vorhersagen. Ihre Prognose, daß die Aktivierung des Protonentransportes und der Bikarbonatreaktion wesentlich für das Überleben unter Kaliummangel ist, konnte experimentell bestätigt werden.

Diese Erkenntnisse eröffnen eine neue Sicht auf die komplexen Zusammenhänge bei der Regulation von Kalium in Hefen und anderen Pilzen, welche potentiell auch auf Pflanzen übertragbar ist. Langfristig könnten die Forschungsergebnisse hilfreich bei der Behandlung von Pilzinfektionen oder für die Landwirtschaft  sein. Für den Erfolg dieses Projekts war die enge Zusammarbeit der beiden Biomathematiker mit den experimentell arbeitenden Wissenschaftlern wesentlich, was typisch für das aufstrebende Forschungsgebiet der Systembiologie ist.

Weitere Informationen unter:
http://www.rheinahrcampus.de/Research-Group-of-Maik-Kschisc.2452.0.html?&L=0