Viren lassen Bakterien rosa Pigmente produzieren

Cyanobakterien, auch als Blaualgen bekannt, und andere Meeresbakterien sind wie Pflanzen in der Lage, mit der Hilfe des Sonnenlichts aus Kohlendioxid und Wasser Kohlenhydrate und Sauerstoff zu bilden. „Um dafür die Energie des Lichtes einzufangen, nutzen sie große Lichtsammelkomplexe“, sagt Mikrobiologie-Professorin Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel von der TU Kaiserslautern.

„Diese bestehen aus Proteinen und Farbpigmenten.“ Letztere sind unter anderem für charakteristische Farbgebung verantwortlich: Bei Pflanzen ist das beispielsweise der grüne Farbstoff „Chlorophyll“, bei den Cyanobakterien der blaue Farbstoff „Phycocyanobilin“ und der rosa Farbstoff „Phycoerythrobilin“.

„Die Synthese dieser Pigmentstoffe ist bereits sehr gut verstanden“, so die Mikrobiologin weiter. „Bislang konnten Forscher sie nur bei Organismen nachweisen, die bei der Photosynthese Sauerstoff freisetzen.“ Neben dieser Form der klassischen Photosynthese, wie sie Pflanzen und Cyanobakterien betreiben, gibt es auch andere Varianten, bei denen kein Sauerstoff freigesetzt wird.

Wie verbreitet die Pigmentsynthese in bestimmten Meeresregionen ist, wollten die Kaiserslauterer Biologen gemeinsam mit dem israelischen Forscherkollegen und Bioinformatiker Oded Béjà vom Technion-Israel Institute of Technology in Haifa klären. Im Fokus ihrer Arbeit stand der rosa Farbstoff „Phycoerythrobilin“. „Die Erbinformation für den rosa Farbstoff ist in allen Weltmeeren weit verbreitet“, so die Professorin. Dabei haben die Forscher eine besondere Entdeckung gemacht: Besonders Viren tragen gehäuft diese Informationen.

„Die Viren besitzen Erbinformationen, mit denen die rosafarbenen Pigmente produziert werden können“, so Frankenberg-Dinkel. Die Viren schleusen diese genetischen Informationen dazu in die Bakterienzellen ein. Daraufhin können die Bakterien spezielle Enzyme und weitere Stoffe bilden, die eine Synthese des rosa Farbstoffs ermöglichen. „Neu ist, dass wir mit Hilfe bioinformatischer Analysen Rückschlüsse auf die Art der Viren machen können, die diese Erbinformation tragen“, so Frankenberg-Dinkel weiter. „Wir konnten zeigen, dass die Viren höchstwahrscheinlich Mikroben befallen, bei denen wir noch nicht wissen wozu der Farbstoff benötigt wird.“

Für ihre Studie hat das Team um Frankenberg-Dinkel Datensätze aus sogenannten Metagenomdatenbanken ausgewertet. „Hierin sind alle Erbinformationen von allen Organismen enthalten, die wir etwa bei einer Exkursion vor Ort am Meer entnehmen würden“, erklärt die Forscherin. „Diese Technik ermöglicht uns einen detaillierten Einblick in ein Ökosystem, ohne dieses vor Ort untersuchen zu müssen.“

Die Biologen der TU Kaiserslautern arbeiten eng mit dem Kollegen des Technion-Israel Institute of Technology in Haifa zusammen. Diese Kooperation wird durch die German-Israeli-Foundation for Scientific Research and Development gefördert.

Die Studie wurde in der renommierten Fachzeitschrift „Environmental Microbiology“ veröffentlicht: Ledermann, B., Beja, O. & Frankenberg-Dinkel, N. (2016) New biosynthetic pathway for pink pigments from uncultured oceanic viruses.
doi:10.1111/1462-2920.13290

Fragen beantwortet:
Prof. Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel
Fachbereich Biologie
E-Mail: nfranken@bio.uni-kl.de
Tel.: 0631/205-2353

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