Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bakterien produzieren Sauerstoff - sogar ohne Licht

26.03.2010
Wissenschaftler haben die molekularen Tricks entschlüsselt, mit denen ein spezielles Bakterium seinen Sauerstoffbedarf abdeckt, um das Treibhausgas Methan zu nutzen

Ein niederländisches Wissenschaftlerteam von der Radboud Universität in Nijmegen entdeckte Bakterien, die Methan ohne vorhandene Sauerstoffquelle nutzen. Statt Sauerstoff verwenden diese Nitrit, das durch intensive Düngung in landwirtschaftlich genutzten Flächen im Süßwasser reichlich vorkommt. Methan ist ein sehr reaktionsträges Molekül, von dem Wissenschaftler bislang annehmen, dass es ohne Einsatz von Sauerstoff oder Sulfat kaum abgebaut werden kann. Nun hat ein internationales Team von Wissenschaftlern aus den Niederlanden, Frankreich und Deutschland bewiesen, dass diese Bakterien doch Sauerstoff einsetzen. Diesen Sauerstoff produzieren sie wie die Pflanzen selbst, nur Licht brauchen sie dazu nicht. Der Sauerstoff kommt vom Nitrit. Bislang waren sich die Wissenschaftler einig, dass die Kunst, Sauerstoff zu produzieren den Pflanzen, den Algen und den Cyanobakterien vorbehalten war. Jetzt sind die Forscher einem neuen Mechanismus auf der Spur, der schon existierte, bevor die ersten Pflanzen auf der Erde erschienen. (Nature, 25. März 2010)


Der neu entdeckte Mikroorganismus Methylomirabilis oxyfera unter dem Fluoreszenz-Mikroskop. Bild: Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie

Für die Forscher war es schwierig, die Reaktionswege der Sauerstoffproduktion nachzuvollziehen, denn der verantwortliche Mikroorganismus wächst extrem langsam und ist deshalb nur in geringer Zahl in der mikrobiellen Gemeinschaft vorhanden. Die Forscher mussten deshalb die neuesten Methoden der Genanalytik einsetzen. Mit dem metagenomischen Ansatz isolierten sie zunächst Gen-Fragmente aus der Wasserprobe, die sie anschließend sequenzierten. Was bislang weltweit nur in wenigen Fällen wirklich gelang, schafften die französischen Kollegen von Genoscope mit Spezialsoftware. Wie bei einem Puzzle konnten sie das Genom rekonstruieren.

Zur Überraschung der Forscher zeigte die vollständige Genomsequenz, dass die bekannten Gene für die Nitritreduktion fehlten und dass das Bakterium von Sauerstoff abhängt. "Die experimentellen Labordaten standen im Widerspruch zu den Genomdaten", sagt Marc Strous, der die wissenschaftlichen Arbeiten in Nijmegen koordinierte und inzwischen ans Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen gewechselt ist.

Wie kann es das Bakterium unter diesen Umständen die Energie aus der Oxidation von dem inerten Methan (CH4) mithilfe von Nitrit (NO2-) als Elektronenakzeptor ziehen? Das ist fast so schwierig, wie unter Wasser eine Fackel anzuzünden. Um dieses Paradox zu lösen, kamen die Bremer Max-Planck-Forscher um den neuen Direktor Marcel Kuypers zu Hilfe. Mit Mikrosensoren und Massenspektroskopie rückten sie dem Problem auf den Leib und bestätigten, dass das Paradox real ist. Beide Befunde aus dem Labor und aus den Genomdaten passen zusammen, aber nur, wenn das Bakterium einen besonderen Reaktionsweg zur Sauerstoffproduktion einsetzt. Diesen Sauerstoff nachzuweisen war ein langwieriges Unternehmen: Erst nach einem Jahr gelang der Doktorandin Katharina Ettwig dieser experimentelle Beweis. Sie gab dem Mikroorganismus den Namen Methylomirabilis oxyfera (wunderbarer Methan-Esser, der Sauerstoff produziert), weil dieser zwei Nitritmoleküle nutzt um daraus Stickstoffmonoxid (NO) und Sauerstoff (O2) freizusetzen. Damit kann dann das Methan oxidiert werden.

Jetzt schlagen die Wissenschaftler vor, dass dieser neu entdeckte Reaktionsweg der "missing link" ist, der vor Milliarden Jahren die Evolution der Photosynthese ermöglichte, mit der Pflanzen Sauerstoff produzieren. Die neuen Ergebnisse sollten darüber hinaus zum Anlass genommen werden, die Rolle von Düngemitteln beim Methan-Kreislauf zu überdenken.

Dieses Projekt wurde von der Netherland Organisation for Scientific Research (NWO) unterstützt.

Originalveröffentlichung:

Katharina F. Ettwig, Margaret K. Butler, Denis Le Paslier, Eric Pelletier Sophie Mangenot, Marcel M.M. Kuypers, Frank Schreiber, Johannes Zedelius, Dirk de Beer, Bas E. Dutilh, Jolein Gloerich, Hans J.C.T. Wessels, Theo van Alen Francisca Luesken, Ming L. Wu, Katinka T. van de Pas-Schoonen, Huub J.M. Op den Camp, Eva M. Janssen-Megens, Kees-Jan Francoijs, Henk Stunnenberg, Jean Weissenbach, Mike S.M. Jetten & Marc Strous
Nitrite-driven anaerobic methane oxidation by oxygenic bacteria
Nature, 25. März 2010, doi: 10.1038/nature08883
Weitere Informationen erhalten Sie von:
Prof. Dr. Marc Strous
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
Tel.: +49 421 2028-822
E-Mail: mstrous@mpi-bremen.de
Dr. Manfred Schlösser, Pressesprecher
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
Tel.: +49 421 2028-704
Fax: +49 421 2028-790
E-Mail: mschloes@mpi-bremen.de
Prof. Dr. ir. Mike Jetten
Radboud University Nijmegen
Tel.: +31 24 365-2941
E-Mail: m.jetten@science.ru.nl
Katharina Ettwig
Radboud University Nijmegen
Tel.: +31 24 365-2557
E-Mail: K.Ettwig@science.ru.nl

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie