Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Überlebenskünstler im Meer

07.07.2003


Deutsches Forscherteam entschlüsselt komplette Genomsequenz eines Meeresbakteriums und gewinnt überraschende Einblicke in die Lebensweise im Ökosystem Meer


Abb.: Ein Meister der Anpassung: Das Meeresbakterium Pirellula aus der Ostsee mit seinen charakteristischen Anheftungsfäden, aufgenommen unter dem Elektronenmikroskop.

Foto: Universität Kiel/Schlesner



Bakterien sind zwar so klein, dass sie nur mit dem Mikroskop zu entdecken sind, doch sie spielen in den globalen Stoffkreisläufen der Erde eine große Rolle. Erkennen kann man das auch daran, dass bis zu einer Milliarde von ihnen in nur einem Liter Meereswasser leben. Für eines dieser Kleinstlebewesen mit dem ungewöhnlichen Namen Pirellula (kleine Birne) hat jetzt ein Forscherteam der Max-Planck-Institute für Marine Mikrobiologie, Bremen, und für Molekulare Genetik, Berlin, sowie der Technischen Universität München und der Universität Kiel die komplette Genomsequenz entschlüsselt. Damit ist es jetzt möglich, nicht nur einen Blick auf seinen gesamten Bauplan zu werfen, sondern auch die Funktion unzähliger Enzyme und ihr Zusammenspiel den Stoffwechsel vorherzusagen. Dies erlaubt den Meeresbiologen neuartige Einblicke in die Lebensweise von Bakterien im Meer. Erreicht wurde dies im Rahmen des Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojektes REGX (Real Environmental Genomics, www.regx.de).

... mehr zu:
»Bakterium »Gen »Genom »Pirellula


Bakterien sind äußerst vielseitig, wenn es darum geht, unter wechselnden Lebensbedingungen im Meer zu überleben. Ihre Nahrung finden sie in organischem Material wie abgestorbenen Algen, die langsam aus den oberen Wasserschichten als Meeres-Schnee zu Boden sinken. Wie die Bremer Max-Planck-Wissenschaftler bereits aus früheren Studien wussten, lebt in den oberen sauerstoffreichen Schichten der Ostsee das Bakterium Pirellula, das sich auf den Abbau großer Zuckermoleküle spezialisiert hat. Ziel des gemeinsamen Forschungsprojekts ist es deshalb, diesen für das Ökosystem Meer wichtigen Schlüsselorganismus von Grund auf zu verstehen.

Aus Wasserproben von der Kieler Förde gelang es Dr. Heinz Schlesner, Universität Kiel, eine Reinkultur von Pirellula herzustellen, die - frei von störenden Verunreinigungen durch andere Bakterien - als Ausgangsmaterial für die Entschlüsselung des Genoms diente. Die Sequenzierung des Genoms erfolgte am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, Berlin-Dahlem (Arbeitsgruppe Reinhardt) unter Einsatz modernster Kapillarsequenzierautomaten. Dank der hohen Datenqualität - jeder DNA-Baustein wurde durchschnittlich achtmal bestätigt - war es möglich, die in einem zirkulären Chromosom organisierte Erbsubstanz komplett zu entschlüsseln. Mit mehr als 7 Millionen DNA-Bausteinen besitzt Pirellula eines der größten bislang vollständig sequenzierten bakteriellen Genome. Die Gen-Information aus der endlos erscheinenden Abfolge des genetischen Alphabets G,A,T und C den so genannten Basen - zu entziffern, erfolgte anschließend innerhalb von zwei Jahren in der Bioinformatikgruppe von Dr. Frank Oliver Glöckner am Bremer Max-Planck-Institut.

Vergleichbar mit einem Buch, das in einer unbekannten Sprache geschrieben wurde, mussten die Forscher die einzelnen Wörter, Sätze und Kapitel ordnen, um ihren Sinn nach und nach zu verstehen. Dabei kam viel Überraschendes zutage. Dank dieser Analyse ist es nun möglich, verschiedene Aspekte des Lebenszyklus von Pirellula in den Tiefen der Ostsee vorherzusagen. Dies beginnt an der sonnenbeschienenen Wasseroberfläche, wo die Algen, die Hauptnahrung der Bakterien, wachsen. Die Genomanalyse zeigt, dass Pirellula eine Reihe von Genen besitzt, die für die Herstellung eines Sonnenschutzfaktor kodieren. Dieser schützt das Bakterium - wie eine Sonnencreme - vor den schädlichen Auswirkungen der UV-Strahlung. In den oberen sauerstoffreichen Bereichen der Ostsee ist Pirellula bestens gerüstet, auch exotische Nahrungsquellen noch zu verwerten. Insbesondere mit Sulfat verbundene Kohlenhydrate kann es zur Energieversorgung nutzen. Hunderte von Genen sind für die Herstellung der dafür notwendigen Werkzeuge, der Enzyme, vorhanden.

Zum Überleben ist auch eine Stickstoffquelle notwendig, aber Nitrat ist oftmals Mangelware im Oberflächenwasser. Mit einem speziellen Nitrat-Transporter in der Außenhülle des Bakteriums, der ähnlich wie ein Förderband agiert, gelingt es diesem Organismus auch dort Nitrat aufzunehmen und zu überleben, wo andere Bakterien schon längst nicht mehr wachsen können. Mit einer Art Spezialkleber kann es sich dann an abgestorbenes organisches Material anheften. Huckepack geht es damit ab in die Tiefe, wobei das Transportmittel gleichzeitig als Reiseproviant dient.

Unten am Meeresboden wird der Sauerstoff knapp, doch dank spezieller Gene kann Pirellula auch noch bei extrem niedrigem Sauerstoffgehalt atmen. Sollte einmal gar kein Sauerstoff mehr vorhanden sein, sind weitere Gene vorhanden, um ein Überleben auch unter diesen Bedingungen zu ermöglichen. Doch irgendwann gehen die Nahrungsvorräte auf der abgesunkenen Schneeflocke auch einmal zu Ende. Um sich neue Nahrungsgründe zu erschließen, kann Pirellula, ähnlich wie die Bäckerhefe, Knospen ausbilden. Die daraus entstehenden, durch Geißeln beweglichen Schwärmerzellen schwärmen dann aus, schwimmen nach oben und der Lebenszyklus beginnt wieder von neuem.

Mit ihrem neuen Konzept, Genomanalysen in den Dienst der Umweltforschung zu stellen, wollen die Wissenschaftler ein tieferes und damit besseres Verständnis des Lebensraums Meer gewinnen. Die dort lebenden Bakterien sind wahre Künstler, wenn es darum geht, sich an wechselnde Umweltbedingungen anzupassen. Wie der Mechanismus der Anpassung auf molekularer Ebene tatsächlich abläuft, kann jetzt bei Pirellula verfolgt werden. Wichtig ist dabei, zwischen einer natürlichen Schwankung und dem Einfluss des Menschen auf die Umwelt unterscheiden zu lernen. Langfristig ist mit dieser Art von Biomonitoring eine bessere Umweltüberwachung denkbar.

Wenn schon das Genom eines einzelnen Umwelt-Bakteriums so viele Überraschungen enthält, kann man sicher sein, so die Einschätzung der Forscher, dass sich weitere Untersuchungen lohnen. Mit neuen Strategien, wie der Genom-Analyse von kompletten biologischen Gemeinschaften, der so genannten Metagenom-Analyse, sind sie derzeit dabei, auch die Erbinformation bisher noch nicht isolierter Bakterien zu untersuchen.

Originalveröffentlichung:

F. O. Glöckner, M. Kube, M. Bauer, H. Teeling, T. Lombardot, W. Ludwig, D. Gade, A. Beck, K. Borzym, K. Heitmann, R. Rabus, H. Schlesner, R. Amann, and R. Reinhardt
Complete genome sequence of the marine planctomyc


Weitere Informationen erhalten Sie von:

Dr. Frank Oliver Glöckner
Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, Abt. Molekulare Ökologie, Bremen
Tel.: 0421 2028 - 938
Fax.: 0421 2028 - 580
E-Mail: fog@mpi-bremen.de


Dr. Richard Reinhardt
Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, Berlin
Tel.: 030 8413 - 1226
Fax.: 030 8413 - 1365
E-Mail: rr@molgen.mpg.de


Dr. Manfred Schlösser (Pressebeauftragter)
Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, Bremen
Tel.: 0421 2028 - 704
Fax.: 0421 2028 - 790
E-Mail: mschloes@mpi-bremen.de

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.regx.de/
http://www.mpi-bremen.de/
http://www.molgen.mpg.de/

Weitere Berichte zu: Bakterium Gen Genom Pirellula

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik