201 neue Lebensformen an extremen Orten entdeckt

15. Juli 2013, 22:56
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Zur Erforschung von Mikroben ging ein Forscherteam einen neuen Weg

London - Mikroorganismen stellen mehr als zwei Drittel der Biomasse auf unserem Planeten. Doch erst ein kleiner Teil dieser "dunklen Materie der Biologie" ist bisher erforscht und klassifiziert. Ein Forscherteam hat für eine Studie im Fachblatt "Nature" Proben aus unwirtlichen Lebensräumen wie der Tiefsee genommen. Mittels neuer Methoden wurden gleich 201 bisher unbekannte Mikroorganismen mit zum Teil überraschenden Eigenschaften entdeckt.

Im Labor meist nicht nachzüchtbar

Dass die "mikrobielle dunkle Materie", wie Mikroorganismen in der Biologie auch genannt werden, so wenig erforscht ist, liegt daran, dass sich die meisten von ihnen unter Laborbedingungen nicht "wohlfühlen" und absterben statt sich zu vermehren. Das internationale Forschungsteam hat für die Untersuchung Proben aus neun besonders "lebensfeindlichen" Habitaten aus aller Welt genommen – von einem besonders sauerstoffarmen See in Griechenland über einen mexikanischen Klärschlammreaktor bis zur fast kochendheißen Quelle in der Wüste von Nevada. Dank dieser Auswahl gab es eine hohe Wahrscheinlichkeit, möglichst viele unbekannte Mikroben einzufangen – und nicht etwa bereits bekannte erneut zu erfassen.

Einzelzell-Genomik

Zur Erforschung der Mikroben ging das Team einen neuen Weg: Statt sie zu züchten, hat das Forscherteam die DNA einzelner mikrobieller Zellen vervielfältigt. Dazu gewann es aus den Proben rund 9.000 Einzelzellen. Bei etwa 3.300 davon konnte die Zellwand aufgebrochen und intakte DNA entnommen werden. Mit Hilfe einer neuen Technologie, der Einzelzell-Genomik, haben die ForscherInnen die genomische DNA vervielfältigt ("amplifiziert"), um die DNA sequenzieren zu können - sie also in ihre Bestandteile, die Basenpaare, zu zerlegen, die wiederum die Erbinformation enthalten.

"Vor 15 Jahren wäre es undenkbar gewesen, die Genome einzelner mikrobieller Zellen zu entziffern", sagte Projektleiterin Tanja Woyke, Leiterin der Mikrobiellen Genomik am kalifornischen Joint Genome Institut (JGI). "Es war notwendig, die Zellen im Labor zu züchten, um ausreichend Zellmasse für die Genomentschlüsselung zu erhalten. Doch mit modernen Einzelzell-Techniken benötigen wir nur ein einziges DNA-Molekül", fügte sie hinzu. 

Bisher unbekannte Mikroorganismen identifiziert

Die Forschergruppe konnte 201 unterschiedliche Mikroorganismen (Archaeen und Bakterien) identifizieren, die sich im Labor nicht kultivieren ließen. Einige hundert Gigabyte an Sequenz-Daten gingen anschließend von Kalifornien nach Bielefeld. Alexander Sczyrba vom Centrum für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld hatte die Aufgabe, der Datenmenge mit Hilfe bioinformatischer Verfahren Herr zu werden, damit die Genome schlussendlich rekonstruiert werden konnten. 

Das Ergebnis: Die 201 untersuchten Mikroben zählen zu 29 überwiegend unerforschten Zweigen des "Baum des Lebens", der eines Tages alle Formen von Leben auf der Erde verzeichnen soll. Die Analyse förderte auch Überraschendes zutage: Bei Bakterien ließen sich Merkmale feststellen, die bislang als typisch für Archaeen galten – und damit Überschneidungen zwischen den bislang strikt getrennten Verwandtschaftsästen. (red, derStandard.at, 15.7.2013)

  • Obwohl Mikroben 70 Prozent aller auf Erden vorhandenen Lebewesen stellen, sind sie kaum erforscht.
    foto: wen-tso liu

    Obwohl Mikroben 70 Prozent aller auf Erden vorhandenen Lebewesen stellen, sind sie kaum erforscht.

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