JKU-Forscher entschlüsseln den Wassertransport in unseren Zellen

"Panta rhei" – "alles fließt", das wusste schon der alte griechische Philosoph Heraklit. Ganz besonders gilt das für Wasser, auch in unserem Körper. Fraglich war bisher allerdings, wie dieser Wassertransport in und aus einer Körperzelle eigentlich bewerkstelligt wird. Eine neue Studie des Instituts für Biophysik der Johannes Kepler Universität (JKU) Linz hat die Arbeitsweise der wasserleitenden Proteine entschlüsselt. Die Ergebnisse wurden nun im renommierten Fachmagazin "Science Advances" der Fachwelt vorgestellt.

"Es war bereits bekannt, dass diese wasserleitenden Proteine, sogenannte Aquaporine, eine Schlüsselrolle spielen", erklärt Uni-Professor Peter Pohl vom Institut für Biophysik, Abteilung Molekulare Biophysik und Membranphysik. Wie genau das vor sich ging, war aber unbekannt. Die Aquaporine, die quasi als Wasserkanäle auf zellulärer Ebene dienen, sind unvorstellbar eng, der Durchmesser oft nicht viel größer als ein einzelnes Wassermolekül. "Es war rätselhaft, wie sich die Wassermoleküle quasi aufreihen und durchbewegen, ohne steckenzubleiben", sagt er. Diese winzigen Dimensionen stellten die Forscherinnen und Forscher vor erhebliche Probleme.

Methodische Herausforderung

"Es musste eine Methode gefunden werden, die Proteine zu zählen, und wir mussten eine Methode finden, den Ausfluss aus Vesikeln zu messen, die selbst kleiner sind als das Auflösungsvermögen eines Lichtmikroskops", sagt Pohl. Ersteres habe letztlich geklappt, indem das Team Fluoreszenzmarkierung auf den Proteinen angebracht haben, letzteres mittels Messung der Lichtstreuung. "Für die Auswertung der Lichtstreuung mussten wir aber die Streutheorie ein wenig weiterentwickeln", schildert Pohl. Die Linzer Forscher-Gruppe entdeckte, dass der Wasserfluss von der Art der Aminosäuren abhängt, die die Innenwände der Wasserkanäle auskleiden. Einige dieser Aminosäuren binden Wassermoleküle. Sind besonders viele dieser Aminosäuren vorhanden, bindet sich auch mehr Wasser, wodurch der Durchfluss sinkt.

"Wir verstehen jetzt besser, wie derart kleine Kanäle funktionieren. Das könnte helfen, pathologische Zustände zuzuordnen. Außerdem dürfte die Erkenntnis wichtig sein für die synthetische Biologie – zum Beispiel beim Design künstlicher Wasserkanäle für Wasserfilter", freut sich Pohl über diesen Forschungserfolg, der in der aktuellen Ausgabe von "Science Advances" erschienen ist.

Infos zum Biophysik-Studium unter www.jku.at/biophysics