Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikrobiologen entschlüsseln Genom des Bakteriums Azoarcus

23.10.2006
Wichtiger Schritt auf dem Weg zum umweltfreundlichen Reisanbau

Kooperationsprojekt der Universitäten Bremen und Bielefeld / Ergebnisse im renommierten Wissenschaftsmagazin "Nature Biotechnology" publiziert

Seit mehreren Jahren erforschen Professorin Barbara Reinhold-Hurek und ihr Mann Dr. Thomas Hurek vom Laboratorium für Allgemeine Mikrobiologie der Universität Bremen die optimalen Wuchsbedingungen von Reispflanzen. Insbesondere ist von Interesse, wie endophytisch lebende Mikroorganismen das Pflanzenwachstum beeinflussen. Ihr Ziel ist es, den Reisanbau umweltfreundlicher, ertragreicher und kostengünstiger als bisher zu gestalten.

Dabei ist den Wissenschaftlern aus der Hansestadt jetzt ein Durchbruch gelungen: Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Genomforschungsnetzwerks, das von Professor Alfred Pühler (Universität Bielefeld) koordiniert wird, wurde das Genom des Bakteriums Azoarcus Stamm BH72 entschlüsselt. Der Forschungserfolg ist jetzt in einem der angesehensten wissenschaftlichen Magazine der Welt - Nature Biotechnology - publiziert worden.

... mehr zu:
»Azoarcus »Bakterium »Genom »Pflanze »Wirt

"Wo vorher viel Dunkel herrschte, in dem wir herumstocherten, ist es jetzt taghell geworden", umschreibt Barbara Reinhold-Hurek den Forschungserfolg. Die 'Landkarte' des -Bakteriums liegt jetzt in allen Details vor uns." Das genaue Wissen um die genetische Beschaffenheit des Bakteriums erleichtert dem Forscher-Ehepaar die Arbeit bei dem Versuch, den Zusammenhang zwischen dem Bakterium und der Nährstoffversorgung der Reispflanze zu enträtseln.

Reis ist besonders im asiatischen, afrikanischen und südamerikanischen Raum überlebenswichtig. Jährlich werden rund 600 Millionen Tonnen davon geerntet - Tendenz steigend. Im Kampf gegen den Hunger spielt Reis eine enorme Rolle. Mit Sorten-Kreuzungen versuchen Pflanzenforscher weltweit, Reis noch gehaltvoller und ertragreicher zu machen. Reisproduzenten wiederum setzen vor allem auf intensive Düngung mit Stickstoff, um den Ertrag pro Hektar in die Höhe zu treiben. "Allein in China werden pro Jahr über 20 Millionen Tonnen Stickstoffdünger eingesetzt", weiß Barbara Reinhold-Hurek.

Die intensive Düngung hat allerdings auch erhebliche Nachteile. So ist der Energieaufwand bei der synthetischen Herstellung des Kunstdüngers enorm hoch. Bei steigenden Preisen für Energien wie Öl oder Gas wird auch der Dünger immer teurer - und damit unerschwinglich für viele arme Reisbauern und ihre Familien, deren Überleben von der Nutzpflanze abhängt. Für jede Tonne Ammoniak als Ausgangsstoff für Stickstoffdünger wird fast eine Tonne Erdgas benötigt! Außerdem dünsten durch Stickstoff gedüngte Nassreisfelder in Asien und Amerika verstärkt Treibhausgase aus. "Und das kann in der Atmosphäre deutlich zur Erwärmung der Erde beitragen", so Thomas Hurek.

Zusammen mit seiner Frau hat er schon vor Jahren eine Entdeckung gemacht, die dieses Problem lösen könnte. Im pakistanischen Kallar-Gras fanden die Wissenschaftler das Bakterium Azoarcus Stamm BH72. Es versorgt die Pflanze mit Nährstoffen, indem es Stickstoff aus der Luft in den Wurzeln in Ammonium umwandelt - und Ammonium hat düngende Wirkung. Dieses Bakterium lebt interessanterweise auch in dieser Nutzpflanze in symbiotischem Einklang. Weil es seinen Wirt (im Gegensatz zu Parasiten) nicht zerstört, wird es als Endophyt bezeichnet. "Kern unserer Arbeit ist es, den Reis als weltwirtschaftlich wichtigste Pflanze ohne externe Düngung mit Nährstoffen zu versorgen", erläutert Thomas Hurek.

Das Interesse an der entschlüsselten Genomsequenz des Bakteriums resultierte aus dem Bestreben, ein System von passenden Partnern für verschiedene Reissorten und das Bakterium zu bilden. "Dazu müssen wir aber viele Fragen beantworten, auf die wir noch keine Antworten haben", sagt Barbara Reinhold-Hurek. "Wie gelangt das Bakterium in die Pflanze? Was beschränkt eine erfolgreiche Besiedlung? Gibt es je nach Wirt Unterschiede? Warum ist die Bakteriendichte in den Pflanzen so ungewöhnlich hoch, und warum erkrankt die Pflanze nicht daran?" Man wolle mehr über das "molekulare Zwiegespräch" zwischen Pflanze und Bakterium wissen - "und da bot uns die moderne Genomforschung Vorteile, weil das Genom des Reis bereits entschlüsselt ist!"

Weil nun auch das Bakterium als Partner lückenlos bekannt ist, ergeben sich ganz neue Möglichkeiten. Über Mutationsanalysen lassen sich schnelle Fortschritte erzielen. "Wir können jetzt einzelne Gene einfach an- und abschalten und schauen, was passiert", erläutert die Wissenschaftlerin. "Die Genomentschlüsselung hat gezeigt, dass Endophyten sozusagen entwaffneten Pflanzen-Krankheitserregern ähneln." Herausgefunden wurde bereits, dass das Bakterium kaum Enzyme produziert, die normalerweise schädigende Wirkung auf Pflanzen haben. Auch andere Faktoren, die mögliche Erkrankungen der Pflanze begünstigen können, sind bei diesem Zusammenspiel von Bakterium und Wirt nicht vorhanden. "Viele Krankheitserreger von Menschen und Pflanzen haben normalerweise regelrechte 'Giftspritzen', mit denen sie Eiweiße aus den Bakterien in ihre Wirte injizieren", erläutert Thomas Hurek - "unser Bakterium nicht."

Barbara Reinhold-Hurek: "Wir haben im Bakterium viele Gene gefunden, die unseres Erachtens wichtig für die Wechselwirkung mit der Pflanze sind. Jetzt können wir sie analysieren. Diese Möglichkeit hatten wir vorher nicht, weil uns die Gene schlicht unbekannt waren." Die Aufdeckung der Bakterien-"Landkarte" ermögliche weitere Fortschritte: "Das ist die Basis, um schneller voranzukommen!"

Möglich wurde die Entschlüsselung durch das GenoMik-Förderprogramm des BMBF, das die Genom-Sequenzierung in Deutschland vorantreiben soll. Im Rahmen dieses Programms wurde an der Universität Bielefeld die entsprechende Rechner-Infrastruktur aufgebaut und die zur Genomauswertung nötigen Programme entwickelt, die nun erfolgreich zur Entzifferung des Azoarcus Genoms eingesetzt wurden, wie Netzwerkkoordinator Professor Pühler erläutert.

Weitere Informationen bei:

Prof. Dr. Barbara Reinhold-Hurek
Universität Bremen - Mikrobiologie
E-Mail: breinhold@uni-bremen.de
Tel.: 0421 / 218-2370
und
Prof. Dr. Alfred Pühler
Universität Bielefeld
Lehrstuhl für Genetik
E-Mail: puehler@genetik.uni-bielefeld.de
Tel.: 0521 / 106-5607

Eberhard Scholz | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bremen.de

Weitere Berichte zu: Azoarcus Bakterium Genom Pflanze Wirt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscherteam der Universität Bremen untersucht Korallenbleiche
24.04.2017 | Universität Bremen

nachricht Feinste organische Partikel in der Atmosphäre sind häufiger glasartig als flüssige Öltröpfchen
21.04.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

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: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung