Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Giftiger Speiseplan

17.04.2012
Meereswurm ernährt sich mit Hilfe symbiontischer Bakterien von Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff

Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen und der Universität Greifswald haben zusammen mit ihren Kollegen aus Freiburg, Italien und den USA in einer in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Science veröffentlichten Studie zeigen können, dass ein kleiner Meereswurm, dessen natürliches Nahrungsangebot im sandigen Sediment vor der Küste Elbas doch äußerst bescheiden ist, tödliches Gift auf seinem Speiseplan hat: der Wurm verzehrt Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff.


Der Wurm Olavius algarvensis unter dem Lichtmikroskop. Dank seiner Symbionten kann er in den nahrungsarmen sandigen Sedimenten gedeihen. © C. Lott/HYDRA/ Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen


Im flachen Wasser vor der Küste Elbas konnten die Taucher den Lebensraum von Olavius algarvensis gut studieren. © C. Lott/HYDRA/ Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen

Der Wurm, mit dem Namen Olavius algarvensis, kann auf diesen Giften gedeihen dank Millionen symbiontischer Bakterien, die unter seiner Haut leben. Diese nutzen die Energie aus Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff, um Nahrung für den Wurm zu produzieren. Dabei arbeiten die Bakterien ähnlich wie Pflanzen. Doch während Pflanzen die Energie des Sonnenlichts nutzen, um aus Kohlendioxid und Wasser Kohlenhydrate herzustellen, verwenden die Bakterien die Energie aus chemischen Verbindungen. „Sie sind dabei so effektiv, dass der Wurm im Laufe der Evolution seinen kompletten Verdauungsapparat inklusive Mund und Darm aufgegeben hat und sich nur über die Symbionten ernährt“, erklärt Nicole Dubilier, Leiterin der Arbeitsgruppe Symbiose am Bremer Max-Planck-Institut.

Doch Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff sind bei weitem nicht die einzigen Energiequellen. Manche der symbiontischen Bakterien im Wurm können Wasserstoff und organische Nährstoffe aus der Umgebung aufnehmen, selbst wenn diese nur in verschwindend geringen Mengen vorhanden sind. Und Olavius algarvensis hat noch weitere Tricks auf Lager, um in seiner nahrungsarmen Umwelt zu überleben: Im Gegensatz zu den meisten Tieren, die manche Stoffwechselprodukte nicht weiterverwerten können und sie deshalb ausscheiden müssen, kann der Wurm viele seiner „Abfallprodukte“ weiter nutzen. Wie die Forscher zeigen konnten, sind es wiederum die symbiontischen Mikroorganismen, die dieses ermöglichen. Sie sind regelrechte Meister in der Wiederverwertung von Produkten, die für sie noch viel Energie enthalten, für den Wurm selber aber nicht mehr verwertbar sind. „Der Wurm kann deshalb nicht nur auf seinen Verdauungsapparat, sondern auch auf seine Ausscheidungsorgane verzichten“, betont Dubilier, „was bisher von keinem einzigen anderen Meerestier bekannt ist.“

Für ihre Analysen verwendeten die Forscher eine Kombination von modernsten Techniken wie Metaproteomik und Metabolomik, die es ermöglichen, einen großen Teil der Proteine und der Stoffwechselprodukte in einem Organismus zu analysieren. Die Metaproteom-Analyse war eine besondere Herausforderung, da die Forscher dabei die Zellen der Symbionten und des Wirts trennen mussten. Thomas Schweder vom Institut für Pharmazie an der Universität Greifswald erklärt: „Mit der Metaproteomik konnten wir tausende Proteine identifizieren und den einzelnen Symbiose-Partnern zuordnen. Das ermöglichte uns einen direkten Einblick in den Stoffwechsel der bakteriellen Symbionten und deren Interaktionen mit dem Wirt.“

Die Forscher waren höchst erstaunt, als sie bei ihren Analysen feststellten, dass der Wurm in großen Mengen Proteine für die Verwertung von Kohlenmonoxid als Energiequelle besitzt. „Wir konnten uns kaum vorstellen, dass Kohlenmonoxid im sandigen Sediment vor der Küste Elbas vorkommt“, sagt Manuel Kleiner, Doktorand in der Max-Planck-Arbeitsgruppe, „also sind wir hingefahren und mussten zu unserer Überraschung feststellen, dass dort tatsächlich ungewöhnlich hohe Konzentrationen an Kohlenmonoxid in den Meeressedimenten auftreten.“

Nicole Dubilier beschäftigt sich seit über 15 Jahren mit dem Wurm: „Wir wissen seit längerem, dass die symbiontischen Bakterien in Olavius algarvensis in einem Wechselspiel miteinander die energiereichen Schwefelverbindungen für den Wurm nutzen können.“ Aber erst jetzt konnten die Forscher weitere Stoffwechselwege entschlüsseln – und neue Energiequellen ausfindig machen. Die Studie unterstreicht, wie wichtig es ist, metagenomische Analysen durch Metaproteomik und Metabolomik zu ergänzen. „Der Wurm dient uns als Beispiel für die Kraft der Evolution. Durch Anpassung und Selektion hat sich im Laufe von Millionen Jahren ein optimal angepasstes Wirt-Symbionten-System entwickelt. Und wenn wir andere komplexen Symbiosen, wie die im menschlichen Darm, verstehen wollen, könnten diese scheinbar schlichten Meereswürmer ein gutes Modellsystem sein“, so Dubilier.

Ansprechpartner

Manuel Kleiner
Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, Bremen
Telefon: +49 421 2028-905
E-Mail: mkleiner@mpi-bremen.de
Prof. Dr. Nicole Dubilier
Leiterin der Arbeitsgruppe Symbiose
Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, Bremen
Telefon: +49 421 2028-932
E-Mail: ndubilie@mpi-bremen
Prof. Dr. Thomas Schweder
Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald
Telefon: +49 3834 8642-12
E-Mail: schweder@uni-greifswald.de

Manuel Kleiner | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/5605352/Wurm_Kohlenmonoxid

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der Evolutionsvorteil der Strandschnecke
28.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Mobile Goldfinger
28.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hannover Messe: Elektrische Maschinen in neuen Dimensionen

28.03.2017 | HANNOVER MESSE

Dimethylfumarat – eine neue Behandlungsoption für Lymphome

28.03.2017 | Medizin Gesundheit

Antibiotikaresistenz zeigt sich durch Leuchten

28.03.2017 | Biowissenschaften Chemie