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StartseiteForschung aktuellOzeane voll mit Bakterienschutt10.01.2014

MikrobiologieOzeane voll mit Bakterienschutt

Ökologie. - Bakterien der Art Prochlorococcus sind die am weitesten verbreitete Spezies und produzieren fast genauso viel Biomasse wie alle Landpflanzen zusammen. Das Bakterium ist außerdem freigiebig, wie in der aktuellen "Science" nachzulesen ist. Die Zellen schnüren kleine Bläschen voller Fette, Eiweiße und Erbmolekülen ab.

Von Volkart Wildermuth

Tiefseebewohner leben auch schon mal von Sulfaten. (MPI-MM)
Bakterien, wie diese sulfatreduzierende Kolonie spielen eine beherrschende Rolle in den Weltmeeren. (MPI-MM)

Eigentlich weiß Sallie Chisholm alles, was es über Prochlorococcus zu wissen gibt. Schließlich hat die Professorin für Meeresökologie am Massachusetts Institute of Technology in Boston den häufigsten Organismus der Erde vor gut 20 Jahren selbst entdeckt. Als sie aber ein Student ans Elektronenmikroskop rief, konnte sie tatsächlich etwas ganz Neues betrachten.

"Wir sahen kleine Bläschen auf der Oberfläche der Zellen. Erst wussten wir nicht, was das sein soll, aber dann sagte ein Mikrobiologe, das sind Vesikel. Die kannte man noch nicht bei Meeresbakterien. Also das ist eine neue Eigenschaft für das Ökosystem Ozean."

Vesikel das sind kleine, von einer fettigen Membran umhüllte Bläschen voll mit Eiweißen und sogar gengroßen Stücken Erbsubstanz. Viele Zellen schnüren solche Vesikel ab, ganz offenbar auch Prochlorococcus. Als sich Sallie Chisholm ihre Kulturen noch einmal genauer ansah, entdeckte sie in manchen zehnmal so viele Vesikel wie Zellen. Wenn das nicht nur im Labor geschieht, sondern auch auf offener See, wäre das ein völlig neuer und wichtiger Effekt. Immerhin dominiert Procholorcoccus die Mikrobengemeinschaft im Ozean. Also ging ein Mitarbeiter von Sallie Chisholm auf Expedition, erst in die fruchtbaren Küstengewässer vor Cape Cod und dann in Richtung Bermudas, in die Saragossa See. 

"Die Herausforderung bestand darin, genug Vesikel für die Analyse zu extrahieren. Das war eine heroische Anstrengung."

Zuerst mussten Hunderte Liter Meerwasser filtriert werden. Die so angereicherten Bestandteile wurden dann in einer Zentrifuge nach ihrer Dichte aufgetrennt. So ließen sich die fettigen und damit leichten Vesikel von ganzen Zellen und vor allem von unspezifischem Dreck trennen. Am Ende hatte das Team genug Vesikel, um sie zu analysieren. 

"In beiden Meeresgebieten stammte die DNA von ganz verschiedenen Mikroben. Vesikel werden wohl von vielen Mikroorganismen im Meer gebildet."

Nur warum? Gerade in der nährstoffarmen Saragossa See ist es doch kostspielig für eine Mikrobe ständig Vesikel abzuschnüren. Sallie Chisholm hat gleich mehrere Theorien. Nummer eins: Virenabwehr. 

"In unserem Artikel ist ein Bild von einem solchen Virus der an einem Vesikel hängt und sein Erbmaterial hineingespritzt hat. Das bringt ihm nichts, es kann sich da nicht vermehren."

Theorie zwei: Nahrung für die Helfer. Prochlorococcus hat ein ausgesprochen kleines Genom, weniger als 2000 Gene. Das funktioniert nur, weil einige wichtige Funktionen sozusagen ausgelagert sind, an die Gemeinschaft anderer Mikroorganismen im Meer. Es gibt da ein Geflecht symbiotischer Beziehungen. Prochlorococcus betreibt Photosynthese und produziert so wertvolle Kohlenstoffverbindungen. Über die Vesikel könnte es sie anderen Mikroben als Nahrung zur Verfügung stellen. Im Gegenzug entsorgen die dann zum Beispiel schädliche Sauerstoffradikale für Prochlorococcus. Theorie drei: die Vesikel dienen dem Austausch von Genen, wie er auch schon von Bakterien auf dem Land bekannt ist. . 

"Es ist verlockend, sich vorzustellen, wie all diese Gene von ganz unterschiedlichen Mikroben herumschweben. Wenn sie in Vesikeln geschützt sind, dann steigt die Chance, dass sie tatsächlich von anderen Zellen aufgenommen werden."

Gerade in einem so extrem verdünnten Ökosystem, wie dem der Mikroben im freien Ozean, haben die relativ stabilen Vesikeln mit ihrer konzentrierten Fracht an Baustoffen und Informationen eine besondere Bedeutung. Davon ist Sallie Chisholm überzeugt. 

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