| Tiefsee-Methanfresser eingefangen |
| Sequenzierung von Methan-oxidierenden Mikroorganismen mit Überraschungen |
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Erstmals ist es gelungen, Tiefsee-Mikroorganismen, die die Freisetzung von Methan aus dem Ozeanboden in die Atmosphäre entscheidend verringern, aufzureinigen und ihre Genome zu sequenzieren. Gleichzeitig entdeckten die Forscher auch neue bakterielle Partner dieser Mikroorganismen und enthüllten überraschend, dass die Mikroben die Fähigkeit zur Stickstoff-Fixierung besitzen. Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) publiziert.
 | | Anaerobe Methanoxidierer: Archaeen in rot, Bakterien in grün.
© Annelie Pernthaler / UFZ  |
Mikroorganismen sind die verborgene Mehrheit auf unserem Planeten: Sie bilden mehr als 90 Prozent der gesamten Biomasse auf der Erde. Doch bisher ist nur sehr wenig darüber bekannt, was die meisten dieser Mikroorganismen eigentlich tun, da ihre Kultivierung und Isolierung sehr schwierig ist. Erst die Entwicklung neuer molekularer Techniken erlaubt heute die Erforschung von mikrobiellen Gemeinschaften in ihrem Lebensraum.
Komplexität der Lebensgemeinschaften erschwert Erforschung
Eine dieser Techniken ist die Genomsequenzierung, die an einzelnen Organismen sehr gut funktioniert, wie beispielsweise bei der Sequenzierung des menschlichen Genoms. Die hohe Komplexität der natürlichen mikrobiellen Gemeinschaften ist jedoch für die Genanalyse ein großes Problem. Das in ihnen enthaltene Sammelsurium an Genen ist einzelnen Organismen oder Stoffwechselprozessen kaum mehr zuzuordnen - vergleichbar mit einem Puzzle, dass eine Milliarde Teilchen hat, von dem man aber nur knapp 300 besitzt.
Wissenschaftler um Annelie Pernthaler vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig und des California Institute of Technology (Caltech) entwickelten nun ein neues molekularbiologisches Verfahren, um ausgewählte Mikroorganismen-Arten von ihren hochkomplexen natürlichen Gemeinschaften zu trennen, und diese dann isoliert genauer zu untersuchen.
Test an Methanfressern
Sie testeten das neue Verfahren an Archaeen, einer Gruppe sehr primitiven Mikroorganismen, die mit Sulfat reduzierenden Bakterien vorkommen. Diese bisher relativ unerforschten Lebensgemeinschaften leben in den Sedimenten der Weltmeere direkt über Methanhydrat-Lagern und verringern das Entweichen dieses Treibhausgases in die Atmosphäre um fast 80 Prozent. Obwohl die Bedeutung dieser Methan oxidierenden Mikroorganismen für das Klima der Erde seit 1999 bekannt ist und verschiedenste Forschergruppen weltweit an der Isolierung dieser Gemeinschaften von Archaeen-Bakterien arbeiten, war dies zuvor nicht gelungen.
In dem neuen Analyseverfahren markierten Annelie Pernthaler und Kollegen die Mikroorganismen, die sie interessierten, zunächst mit winzigen Eisenkügelchen und zogen sie dann mit einem Magneten aus dem Tiefseesediment heraus. Nach der Sequenzierung von etwa einem Drittel des Genoms dieser Mikroorganismen konnten alle für die anaerobe Methanoxidation verantwortlichen Gene identifiziert werden.
Neue Arten und überraschende Stickstoff-Fixierung entdeckt
Die Forscher entdeckten außerdem noch drei weitere Bakterienarten, die huckepack auf den Archaeen leben. Ihre Rolle im Methankreislauf ist jedoch noch unklar. Die Fähigkeit, Partnerschaften mit anderen Mikroorganismen zu bilden, kombiniert mit einem vielseitigen Stoffwechselpotenzial, könnte das Geheimnis der weiten Verbreitung dieser bedeutenden Gruppe von Mikroorganismen sein.
Zusätzlich fanden sie Gene für die Fixierung von Stickstoff und zeigten in Laborexperimenten, dass die Archaeen diesen Prozess tatsächlich durchführen. Diese Ergebnisse sind sehr überraschend, da bisher angenommen wurde, dass der Energieverbrauch einen limitierenden Faktor für diese Archaeen darstellt, die Fixierung von Stickstoff aber sehr viel Energie verbraucht.
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| (Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), 15.05.2008 - NPO) |
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