Die Leckerbissen zuerst: Bakterien haben einen Menüplan beim Abbau von Algenblüten

Die jährlichen Algenblüten in der Nordsee sind wichtig für unser Klima, denn sie entziehen der Atmosphäre große Mengen an Kohlendioxid. Sie sind jedoch kurzlebig. Wenn die Algen absterben, wird der meiste Kohlenstoff ins umgebende Meerwasser abgegeben. Dort warten bereits Bakterien darauf, sicher darüber herzumachen und die Algenreste zu verzehren.

In früheren Studien wurde nachgewiesen, dass bei diesen Blüten von Jahr zu Jahr unterschiedliche Algenarten die Oberhand gewinnen können. Bei den Bakterien, welche die Algen wieder abbauen, herrschen dennoch alljährlich dieselben spezialisierten Gruppen vor. Offenbar bestimmen nicht die Algen selbst, sondern ihre Bestandteile – vor allem Ketten von Zuckermolekülen, die sogenannten Polysaccharide – welche Bakterien gedeihen. Die Details der bakteriellen Reaktion auf das Algenfestmahl sind bis heute nicht vollständig verstanden.

Ein Zucker nach dem anderen

Mit anderen Worten: Die Bakterien nehmen zuerst den leichten Weg. Erst wenn die Leckerbissen verzehrt sind, machen sie sich über die zähen Brocken her. Wann geht dieser Wandel vonstatten? Ben Francis und seine Kolleginnen und Kollegen sehen zwei mögliche Auslöser: Entweder werden die zähen Brocken immer attraktiver je mehr der Wettbewerb um die leichten Nahrungsquellen zunimmt, weil sich die Bakterien in dieser üppigen Umgebung schnell vermehren und damit die Zellzahlen steigen. Oder aber es hängt mehr von den Algen ab: Wenn die Algenblüte zusammenbricht und immer mehr Algen sterben, sammeln sich mehr 'schwer verdauliche' Reste an, die dadurch zu einer effizient nutzbaren Nahrungsquelle werden.

Obwohl die Forschenden aus Bremen und Greifswald die Dynamik von Algen- und Bakterienblüten in der Nordsee schon lange untersuchen, war dieser zeitliche Verlauf bisher unentdeckt geblieben. „Durch die Kombination modernster Proteomik-Techniken mit Probenvorbereitungsmethoden, die speziell auf die hohe Komplexität dieser sehr anspruchsvollen Proben zugeschnitten sind, konnten wir einen der umfassendsten Proteom-Datensätze mit mehr als 20.000 Proteingruppen erstellen. Diese Daten zeigten, dass sich die Substratspezifität der Transporterproteine im Laufe der Zeit verändert. Diese Veränderungen waren in dem entsprechenden metagenomischen Datensatz, an dem die Vielfalt der Bakterien untersucht wurde, nicht sichtbar“, sagt Dörte Becher von der Universität Greifswald. „Das zeigt deutlich, dass wir sehr tief graben müssen, um die zugrunde liegenden ökologischen Prozesse zu verstehen, die den marinen Kohlenstoffkreislauf steuern.“ Die Quantifizierung von Transporterproteinen könnte also ein wichtiges Stück zur Lösung des hochkomplexen Puzzles des marinen Kohlenstoffkreislaufs sein.

Werfen Sie einen Blick hinter die Kulissen in dem Blogpost von Ben Francis (nur auf Englisch):

https://naturemicrobiologycommunity.nature.com/posts/metagenomes-tell-us-the-what-metaproteomes-tell-us-the-how-much

Ben Francis, Daniel Bartosik, Thomas Sura, Andreas Sichert, Jan-Hendrik Hehemann, Stephanie Markert, Thomas Schweder, Bernhard M. Fuchs, Hanno Teeling, Rudolf I. Amann, Dörte Becher (2021): Changing expression patterns of TonB-dependent transporters suggest shifts in polysaccharide consumption over the course of a spring phytoplankton bloom. The ISME Journal 2021

DOI: 10.1038/s41396-021-00928-8

Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, 28359 Bremen, Deutschland

Institut für Pharmazie, Universität Greifswald, 17487 Greifswald, Deutschland

Institute of Marine Biotechnology e.V., 17489 Greifswald, Deutschland

Institut für Mikrobiologie, Universität Greifswald, 17487 Greifswald, Deutschland

MARUM, Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen, 28359 Bremen, Deutschland