Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Welche Gene beeinflussen den Energiestoffwechsel von Archaea?

15.11.2016

Mikroorganismen wie Bakterien und Archaea spielen eine unverzichtbare ökologische Rolle in den großen Stoffkreisläufen. Einem Forschungsteam um ERC-Preisträgerin Christa Schleper von der Universität Wien gelang es 2011, das erste Ammoniak oxidierende Archaeon aus Böden in Reinkultur zu isolieren und seine Aktivität nachzuweisen: "Nitrososphaera viennensis" – der "sphärische Ammoniakoxidierer aus Wien". In der aktuellen Ausgabe des renommierten Fachjournals PNAS präsentieren die WissenschafterInnen neue Ergebnisse: Sie konnten sämtliche Proteine nachweisen, die während der Ammoniak-Oxidation aktiv sind – ein weiterer wichtiger Puzzlestein zur Aufklärung des Energiestoffwechsels von Archaea.

Noch immer werden Mikroorganismen häufig lediglich als Krankheitserreger wahrgenommen, obwohl die überwiegende Zahl von ihnen eine wichtige ökologische Rolle in den globalen Stoffkreisläufen spielt: Ohne die Stoffwechselleistungen der kleinsten aller Lebewesen, der Bakterien und Archaea, wäre ein Leben auf der Erde nicht möglich.


Biofilm von Nitrososphaera viennensis: Die Zellen fluoreszieren in blau (DAPI-Farbstoff) und die "Klebestoffe" des Biofilms leuchten in grün.

Copyright: Melina Kerou

Diese Mikroorganismen spielen eine zentrale Rolle in den großen Stoffkreisläufen, indem sie organische Materie zersetzen und die erhaltenen Grundbausteine in die Atmosphäre zurückführen oder für neues Leben verfügbar machen. Aus der Mikrobiomforschung ist mittlerweile auch bekannt, dass unsere Darmbakterien nicht nur unsere allgemeine Gesundheit, sondern sogar unsere Psyche beeinflussen.

Aber wie steht es mit den Archaea? Lange wurde diese zweite Gruppe der Mikroorganismen, die neben den Bakterien zu den Prokaryoten zählen, nur in heißen Quellen und anderen extremen Standorten gefunden. Erst vor gut zehn Jahren wurden die sogenannten Thaumarchaea in großer Zahl im Meerwasser aller Ozeane entdeckt, aber auch in Böden und Seen. Diese Archaea oxidieren Ammoniak zu Nitrit und sind aufgrund ihrer weiten Verbreitung offensichtlich maßgeblich an diesem wichtigen Schritt des Stickstoffkreislaufs beteiligt.

Der erste offiziell beschriebene Stamm eines solchen Archaeons ist "Nitrososphaera viennensis". Es stammt aus dem Garten des Universitätszentrums Althanstraße im 9. Wiener Gemeindebezirk und trägt aufgrund seiner Form und Herkunft den Namen "Nitrososphaera viennensis", der "sphärische Ammoniakoxidierer aus Wien". Eine einzelne Zelle weist einen Durchmesser von nur 0,8 Mikrometern auf, somit 0,8 Millionstel Meter.

Dieser wissenschaftliche Durchbruch im Jahr 2011 hat die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass Christa Schleper mit ihrem Team und mit Kollegen des Vienna Metabolomics Centers (VIME) nicht nur die einzelnen Gene, sondern auch die Proteine eines Ammoniak oxidierenden Archaeons im Boden im Detail untersuchen konnte.

"Da der Organismus nur zu einer sehr geringen Dichte wächst, mussten wir große Kulturen anzüchten, um genügend Biomasse zu erhalten", erklärt Christa Schleper. Die WissenschafterInnen konnten nun erstmalig erforschen, welche der Gene dieses Modellorganismus in allen Thaumarchaeota vorkommen und welche davon während der Ammoniak-Oxidation aktiv sind.

"Unsere Studie erlaubt es, Hypothesen über den Prozess der Ammoniak-Oxidation aufzustellen und in der Folge experimentell zu überprüfen: Denn bis heute ist der grundlegende Energiestoffwechsel dieser zu den häufigsten Mikroorganismen auf unserem Planeten gehörenden Archaea noch nicht aufgeklärt", so die Mikrobiologin.

Weiters liefert die neue Studie erstmals Hinweise auf besondere Anpassungen der im Boden lebenden Vertreter der Archaea. Dazu gehören u.a. ihre Fähigkeiten, Biofilme zu bilden oder mit anderen Mikroorganismen zu interagieren. "Ein besseres Verständnis der im Boden lebenden Archaea ist von großer ökologischer Bedeutung: Da Archaea bei der Oxidation von Ammoniak weniger Treibhausgase als Bakterien bilden, ist es wichtig zu lernen, unter welchen Bedingungen sich Archaea bevorzugt in landwirtschaftlichen Böden vermehren lassen", erklärt Christa Schleper. In Zukunft könnte die Erforschung von "Nitrososphaera viennensis" auch medizinische Relevanz gewinnen, da nah verwandte Vertreter auf der menschlichen Haut zu finden sind.

Publikation in "PNAS":
Melina Kerou, Pierre Offre, Luis Valledor, Sophie Abby, Michael Melcher, Matthias Nagler,
Wolfram Weckwerth, and Christa Schleper: Proteomics and comparative genomics of
Nitrososphaera viennensis reveal the core genome and adaptations of terrestrial archaeal ammonia oxidizers, In: PNAS Online Early Edition, 14. November 2016
DOI: http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1601212113

Wissenschaftliche Kontakte
Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr. Christa Schleper
Department für Ökogenomik und Systembiologie
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14 (UZA I)
T +43-1-4277-76510
M +43-664-602 77-765 10
christa.schleper@univie.ac.at

Univ.-Prof. Wolfram Weckwerth
Department für Ökogenomik und Systembiologie
Forschungsplattform Vienna Metabolomics Center
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14 (UZA I)
T +43-1-4277-765 50
M +43-664-602 77-765 50
wolfram.weckwerth@univie.ac.at

Rückfragehinweis
Mag. Alexandra Frey
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 33
M +43-664-60277-175 33
alexandra.frey@univie.ac.at

Offen für Neues. Seit 1365.
Die Universität Wien ist eine der ältesten und größten Universitäten Europas: An 19 Fakultäten und Zentren arbeiten rund 9.600 MitarbeiterInnen, davon 6.800 WissenschafterInnen. Die Universität Wien ist damit die größte Forschungsinstitution Österreichs sowie die größte Bildungsstätte: An der Universität Wien sind derzeit rund 93.000 nationale und internationale Studierende inskribiert. Mit über 180 Studien verfügt sie über das vielfältigste Studienangebot des Landes. Die Universität Wien ist auch eine bedeutende Einrichtung für Weiterbildung in Österreich. http://www.univie.ac.at

Stephan Brodicky | Universität Wien

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

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: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

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,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie