Mee­res­bak­te­ri­en mit Hy­brid­mo­tor

Meeresbakterien mit Hybridmotor
Entschlüsselung des Genoms enthüllt verblüffende Eigenschaften eines Helgoländer Meeresbakteriums

Was sich in der Au­to­mo­bil­bran­che mit dem Hy­brid­mo­tor erst lang­sam durch­setzt, hat sich in der Na­tur be­reits seit Jahr­mil­lio­nen be­währt - der Mix von ver­schie­de­nen En­er­gie­quel­len. Wäh­rend die eine Grup­pe von Le­be­we­sen wie Pflan­zen und Al­gen aus­schließ­lich mit Licht und dem in der Luft vor­han­de­nen Koh­len­di­oxid wach­sen kann (durch die so ge­nann­te Pho­to­syn­the­se), be­nö­tigt die an­de­re Grup­pe, zu der zum Bei­spiel die Tie­re und Pil­ze ge­hö­ren, kom­ple­xe Nähr­stof­fe (Koh­len­hy­dra­te, Pro­te­ine). Man­che Le­be­we­sen nut­zen so­gar ei­nen En­er­gie­mix. Feh­len ih­nen die Nähr­stof­fe zum Wach­sen, so kön­nen sie mit­hil­fe des Son­nen­lichts den En­er­gie­man­gel zu­min­dest zum Teil aus­glei­chen und so ihre Über­le­bens­chan­cen er­hö­hen. Neu­es­te For­schun­gen zei­gen, dass bei Mee­res­bak­te­ri­en der En­er­gie­mix mit Son­nen­licht weit ver­brei­tet zu sein scheint (Pho­to­he­te­ro­tro­phie). Jetzt ha­ben Bre­mer Max-Planck-Wis­sen­schaft­ler zu­sam­men mit ih­ren deut­schen und ame­ri­ka­ni­schen Kol­le­gen das Ge­nom ei­nes neu­ar­ti­gen Mee­res­bak­te­ri­ums ent­schlüs­selt und Gene ge­fun­den, die auf ei­nen licht­ab­hän­gi­gen En­er­gie­mix hin­deu­ten (PNAS, Fe­bru­ar 2007).

Mit ei­ner Häu­fig­keit von bis zu 10% spie­len die­se Pho­to­he­te­ro­tro­phen eine nicht zu un­ter­schät­zen­de Rol­le im glo­ba­len Stoff­kreis­lauf der Ozea­ne. Erst kürz­lich un­ter­such­ten Mee­res­bio­lo­gen am Max-Planck-In­sti­tut für ma­ri­ne Mi­kro­bio­lo­gie in Bre­men eine in den Küs­ten­re­gio­nen weit ver­brei­te­te Bak­te­ri­en­art mit Hil­fe der Ge­nom­ana­ly­se. Den auf den Na­men „Con­gre­gi­bac­ter li­to­ra­lis KT71“ ge­tauf­ten Or­ga­nis­mus iso­lier­ten sie vor rund acht Jah­ren aus Ge­wäs­sern um Hel­go­land und stuf­ten ihn nach Wachs­tums­ex­pe­ri­men­ten als he­te­ro­troph ein: KT71 braucht or­ga­ni­sche Koh­len­stoff­ver­bin­dun­gen. Die Über­ra­schung kam durch die DNA-Se­quen­zie­rung am Craig Ven­ter In­sti­tu­te in den USA. Die Ana­ly­se des mehr als 4 Mil­lio­nen Ba­sen­paa­re um­fas­sen­den Ge­noms ließ die For­scher stut­zig wer­den. Sie fan­den die Gene für den kom­plet­ten bak­te­ri­el­len Pho­to­syn­the­se­pro­zess und mach­ten dar­auf­hin die Pro­be aufs Ex­em­pel. Auf­wän­di­ge Wachs­tums­ver­su­che in den La­bo­ren der Deut­schen Samm­lung von Mi­kro­or­ga­nis­men und Zell­kul­tu­ren (DSMZ) in Braun­schweig be­stä­tig­ten die ge­ne­ti­schen Be­fun­de: Con­gre­gi­bac­ter li­to­ra­lis KT71 ist in der Tat pho­to­he­te­ro­troph und kann ne­ben Pro­te­inen und be­stimm­ten Zu­cker­ar­ten auch Licht als En­er­gie­quel­le nut­zen. Wie die For­scher ver­mu­ten, schal­tet es da­bei je nach den Be­din­gun­gen in sei­ner Um­welt von „Ver­bren­nung“ auf „Pho­to­vol­ta­ik“ um. „Fin­ger­ab­drü­cke“ ei­ner neu­en Grup­pe von Bac­te­riochlo­ro­phyll-hal­ti­gen Gam­ma­pro­te­ob­ak­te­ri­en wur­den vor 5 Jah­ren ent­deckt. Jetzt stell­te sich Con­gre­gi­bac­ter als ers­ter im La­bor kul­ti­vier­ba­rer Ver­tre­ter die­ser Grup­pe von pho­to­he­te­ro­tro­phen Mee­res­bak­te­ri­en her­aus. Der Stamm KT71 kann noch mehr. In schlech­ten Zei­ten mit ge­rin­gem Nähr­stoff­an­ge­bot kann es auf sei­ne in­tern an­ge­leg­ten Spei­cher­stof­fe zu­rück­grei­fen. KT71 bil­det auch ger­ne Ag­gre­ga­te und hat eine Vor­lie­be für nied­ri­ge Sau­er­stoff­kon­zen­tra­tio­nen.

„ Da­mit ist KT71 per­fekt an die rasch wech­seln­den Le­bens­be­din­gun­gen in der nord­deut­schen Bucht an­ge­passt und kann zu Recht als ein ty­pi­scher Ver­tre­ter der Mee­res­bak­te­ri­en um Hel­go­land be­zeich­net wer­den, “ be­tont Prof. Dr. Ru­dolf Amann, Di­rek­tor am Max-Planck-In­sti­tut. Sein Mit­ar­bei­ter Dr. Bern­hard Fuchs er­gänzt: „Hat sich eine Stra­te­gie als er­folg­reich er­wie­sen, setzt sie sich auch durch. Die­se Bak­te­ri­en fin­den wir welt­weit in den Schelf­ge­bie­ten der Ozea­ne.“ Die For­scher hat­ten Glück. Ohne die Ge­nom­da­ten wäre KT71 als ei­ner von vie­len he­te­ro­tro­phen Or­ga­nis­men in der Ver­sen­kung ver­schwun­den. Ihr Dank geht des­halb an die pri­va­te Gor­don und Bet­ty Moo­re Foun­da­ti­on, durch de­ren groß­zü­gi­ge Un­ter­stüt­zung die Se­quen­zie­rung die­ses Ge­noms er­mög­licht wur­de.


Manfred Schlösser

Originalveröffentlichung:
Bern­hard M. Fuchs, Ste­fan Spring, Han­no Tee­ling, Chris­ti­an Quast, Jörg Wulf, Mar­tha Schat­ten­ho­fer, Shi Yan, Ste­ve Fer­rie­ra, Jus­tin John­son, Frank Oli­ver Glöck­ner and Ru­dolf Amann. PNAS, Fe­bru­ary 2007 "Cha­rac­te­riza­t­i­on of a ma­ri­ne gam­ma­pro­te­ob­ac­te­ri­um ca­pa­ble of ae­ro­bic an­oxy­ge­nic pho­to­syn­the­sis"


Rückfragen an: