Energiestoffwechsel: Wie ein Archaeon Ammoniak oxidiert

21. November 2016, 06:00
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Forscher der Uni Wien gelang wichtiger Schritt zur Aufklärung des Energiestoffwechsels von Nitrososphaera viennensis

Wien – Archaeen und Bakterien zählen zu den ältesten Lebewesen der Erde und spielen eine bedeutende Rolle in den großen Stoffkreisläufen. Sie zersetzen organisches Material und machen damit Kohlenstoff und Stickstoff wieder verfügbar. Wiener Forschern ist nun ein wichtiger Schritt zur Aufklärung des Energiestoffwechsels eines Ammoniak oxidierenden Archaeons gelungen, berichten sie im Fachjournal "PNAS".

Lange dachte man, dass Archaeen nur in extremen Lebensräumen, etwa bei heißen Quellen am Meeresgrund, vorkommen. Erst vor rund zehn Jahren fanden Wissenschafter heraus, dass sogenannte Thaumarchaeota in großer Zahl im Meer, aber auch in Böden und Seen vorkommen. Diese Mikroorganismen verwenden Ammoniak gleichsam als Treibstoff, indem sie es zu Nitrit oxidieren. Andere Mikroorganismen verarbeiten das Nitrit weiter, bis schließlich molekularer Stickstoff zurück in die Atmosphäre gelangt.

Wiener Archaeen

2011 gelang es Christa Schleper vom Department für Ökogenomik und Systembiologie der Universität Wien, das erste Ammoniak oxidierende Archaeon in Reinkultur zu isolieren und seine Aktivität nachzuweisen. Die Mikroorganismen stammten aus dem Garten des Universitätszentrums Althanstraße in Wien-Alsergrund und erhielten aufgrund ihrer Form und Herkunft den Namen Nitrosphaera viennensis.

Dies war die Voraussetzung dafür, nicht nur die Gene, sondern auch die Proteine eines im Boden lebenden, sich von Ammoniak ernährenden Archaeons im Detail zu untersuchen. Sobald die Wissenschafter große Kulturen angezüchtet hatten, um genügend Biomasse für ihre Untersuchungen zu haben, konnten sie erstmalig erforschen, welche Gene von Nitrosphaera viennensis 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", sagte Schleper. Dies soll helfen, den grundlegenden Energiestoffwechsel dieser zu den häufigsten Mikroorganismen auf unserem Planeten gehörenden Archaeen aufzuklären. Die neue Studie lieferte auch Hinweise auf die besondere Anpassungsfähigkeit der im Boden lebenden Vertreter der dieser Lebewesen, etwa ihre Fähigkeiten, Biofilme zu bilden oder mit anderen Mikroorganismen zu interagieren. (APA, red, 21. 11. 2016)

  • Biofilm von Nitrososphaera viennensis: Die Zellen fluoreszieren in blau, die "Klebestoffe" des Biofilms leuchten grünlich.
    foto: melina kerou

    Biofilm von Nitrososphaera viennensis: Die Zellen fluoreszieren in blau, die "Klebestoffe" des Biofilms leuchten grünlich.

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