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 Designerviren stacheln Immunabwehr gegen Krebszellen an
26.05.2017 | Universität Basel

nachricht Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt
26.05.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften