15 Jahre lang hat Vaughn Iverson in der Computer-Industrie gearbeitet, bevor er Meeresbiologe an der Universität von Washington wurde. Denn er liebt das Tauchen und das Meer. Aber nun arbeitet er wieder am Computer. Er untersucht so genannte Metagenome. Es handelt sich dabei um ein großes Durcheinander von Erbinformationen aus einer Wasserprobe. Ein Glas mit Meerwasser enthält mehr genetische Information als das menschliche Genom. Vaughn Iverson machte sich daran, in diesem Datenwust das Erbgut eines einzelnen Organismus aufzuspüren.
"Ein Metagenom zu entschlüsseln ist viel komplizierter als ein einzelnes Genom. Wenn man das Entziffern eines einzelnen Genoms mit einem Puzzle vergleicht, dann besteht ein Metagenom aus hunderten verschiedenen Puzzles. Die hat jemand in eine Kiste geschüttet und anschließend gut gemischt. Das macht das ganze sehr kompliziert."
Vaughn Iverson suchte mit einer eigens entwickelten Software im genetischen Datenwust nach Erkennungsstrukturen für so genannte Archäen. Das sind urtümliche Mikroorganismen, die meist an extremen Orten leben, wie in heißen Quellen oder in Salzlösungen. Und er wurde fündig – im planktonreichen Oberflächenwasser des Pazifiks.
Er konnte die Erbinformation eines Archäums aus der Gruppe der Euryarchaeota aufspüren und vollständig zusammensetzen. Da niemand diese Organismen im Labor züchten kann, waren sie bisher unerforscht.
"Wahrscheinlich haben viele Wissenschaftler beim Blick durch ihre Mikroskope diesen Organismus schon gesehen. Als kleine runde Punkte in einem Durcheinander aus vielen verschiedenen Zellen. Sie haben ihm direkt ins Auge geschaut, ohne ihn zu erkennen."
Allein durch die Analyse der Erbinformation haben Vaughn Iverson und seine Kollegen an der Universität von Washington bereits viel über den Organismus erfahren. Er kann schwimmen, aber er kann auch an Planktonresten anhaften. Er ist enorm vielseitig, ernährt sich von Fetten und Proteinen aus dem Meeresplankton, und betreibt außerdem eine ursprüngliche Form der Photosynthese.
"Diese Organismen enthalten ein Protein namens Proteorhodopsin. Das ist im Grunde die molekulare Form einer Solarzelle. Sie wandelt Lichtenergie in chemische Energie um – und nutzt sie für seine verschiedenen Funktionen."
Dieser Organismus macht noch nicht einmal zwei Prozent der Erbinformation dieser Wasserprobe aus. Im Metagenom verbergen sich also viele weitere Genome, die sich nun isolieren lassen. Für die Grundlagenforschung, insbesondere die Ökologie, lassen sich so neue Erkenntnisse gewinnen. Auch außerhalb des Meeres – überall, wo Metagenome erforscht werden - lässt sich seine Methode nutzen, so Vaughn Iverson:
"Wenn jemand die Lebewesen in Bodenproben untersucht oder nach einzelnen Mikroorganismen im Darm von Tier und Mensch sucht, kann er unser Verfahren nutzen. So lassen sich Organismen erforschen, die man im Labor nicht züchten kann."
Der Computerexperte und Meeresbiologe Vaughn Iverson denkt unterdessen weiter. Er will die Erbinformationen von Viren aus Metagenomen isolieren. Ihr Erbgut ist bis zu 100 Mal kleiner als das von Bakterien oder Archäen. Viren-Genome sind also Puzzles aus wenigen Steinen, die verstreut irgendwo im Durcheinander der großen Puzzle-Kiste liegen.
"Ein Metagenom zu entschlüsseln ist viel komplizierter als ein einzelnes Genom. Wenn man das Entziffern eines einzelnen Genoms mit einem Puzzle vergleicht, dann besteht ein Metagenom aus hunderten verschiedenen Puzzles. Die hat jemand in eine Kiste geschüttet und anschließend gut gemischt. Das macht das ganze sehr kompliziert."
Vaughn Iverson suchte mit einer eigens entwickelten Software im genetischen Datenwust nach Erkennungsstrukturen für so genannte Archäen. Das sind urtümliche Mikroorganismen, die meist an extremen Orten leben, wie in heißen Quellen oder in Salzlösungen. Und er wurde fündig – im planktonreichen Oberflächenwasser des Pazifiks.
Er konnte die Erbinformation eines Archäums aus der Gruppe der Euryarchaeota aufspüren und vollständig zusammensetzen. Da niemand diese Organismen im Labor züchten kann, waren sie bisher unerforscht.
"Wahrscheinlich haben viele Wissenschaftler beim Blick durch ihre Mikroskope diesen Organismus schon gesehen. Als kleine runde Punkte in einem Durcheinander aus vielen verschiedenen Zellen. Sie haben ihm direkt ins Auge geschaut, ohne ihn zu erkennen."
Allein durch die Analyse der Erbinformation haben Vaughn Iverson und seine Kollegen an der Universität von Washington bereits viel über den Organismus erfahren. Er kann schwimmen, aber er kann auch an Planktonresten anhaften. Er ist enorm vielseitig, ernährt sich von Fetten und Proteinen aus dem Meeresplankton, und betreibt außerdem eine ursprüngliche Form der Photosynthese.
"Diese Organismen enthalten ein Protein namens Proteorhodopsin. Das ist im Grunde die molekulare Form einer Solarzelle. Sie wandelt Lichtenergie in chemische Energie um – und nutzt sie für seine verschiedenen Funktionen."
Dieser Organismus macht noch nicht einmal zwei Prozent der Erbinformation dieser Wasserprobe aus. Im Metagenom verbergen sich also viele weitere Genome, die sich nun isolieren lassen. Für die Grundlagenforschung, insbesondere die Ökologie, lassen sich so neue Erkenntnisse gewinnen. Auch außerhalb des Meeres – überall, wo Metagenome erforscht werden - lässt sich seine Methode nutzen, so Vaughn Iverson:
"Wenn jemand die Lebewesen in Bodenproben untersucht oder nach einzelnen Mikroorganismen im Darm von Tier und Mensch sucht, kann er unser Verfahren nutzen. So lassen sich Organismen erforschen, die man im Labor nicht züchten kann."
Der Computerexperte und Meeresbiologe Vaughn Iverson denkt unterdessen weiter. Er will die Erbinformationen von Viren aus Metagenomen isolieren. Ihr Erbgut ist bis zu 100 Mal kleiner als das von Bakterien oder Archäen. Viren-Genome sind also Puzzles aus wenigen Steinen, die verstreut irgendwo im Durcheinander der großen Puzzle-Kiste liegen.