Biologische Chemie enthüllt Entwicklung und Umweltanpassung von Mikroorganismen
Das Ziel des Projekts BAGEL (Bacterial formation of glycerol (di)ether lipids: biogeochemical, (paleo)environmental and evolutionary implications) war, die ersten Isolate von marinen mesophilen Sulfat reduzierenden Bakterien (SRB) zu untersuchen, die DGD produzieren können. Diese Lipide verbinden die strukturellen Eigenschaften von Bakterien und Archaea und werden meist in extremophilen Bakterien gefunden, obwohl sie in nicht-extremen Umgebungen und alten Ökosysteme weit verbreitet sind. Auch wenn der Grund, weshalb sich die Etherlipid-Biosynthese in Bakterien entwickelt hat, derzeit nicht bekannt ist, könnte ihre Präsenz in mesophilen Bakterien dazu beitragen, die Entwicklung des zellulären Lebens und die Divergenz von Archaeen und Bakterien zu erklären. Eine Kombination von Techniken der organischen Geochemie (Analyse von Lipid-Biomarkern) und der mikrobiellen Ökologie (bakterielle Ökophysiologie basierend auf der Ultrastruktur) wurde in Bezug auf verschiedene Umweltparameter auf zwei Stämme von mesophilen SRB angewendet. Die Projektpartner untersuchten die Produktion von DGD, insbesondere im Hinblick auf den Salzgehalt und die Einschränkungen bei Phosphor- und Nitratnährstoffen. Die Wirkung von Sauerstoff auf die Langzeitstabilität von Alkylglyzerin-Lipiden und die Zellultrastruktur von DGD-bildenden Bakterien wurde ebenfalls untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass unterschiedliche Belastungsbedingungen hinsichtlich Nährstoffe und Salinität variable Reaktionen in der Ultrastruktur der Zellen und beim Lipidgehalt induzierten. Die wichtigsten Änderungen wurden bei niedrigem Salzgehalt und geringen Stickstoffkonzentrationen beobachtet, bei denen Mono- und Dialkylglyzerole (MGM und DGD) eine ähnliche Rolle wie klassische Fettsäuren bei der Membrananpassung zu spielen scheinen. Eine Untersuchung des Einflusses des Aufwachssubstrats auf die Alkylglyzerin-Zusammensetzung der beiden Stämme zeigte die vorher noch nie beobachtete Ansammlung von Wachsester (WE) in auf n-Alkylverbindungen gezüchteten Zellen. Neben WE wurden auch Thiowax-Ester (TWE) unter den zellulären Lipiden beider Stämme identifiziert. Eine solche biologische Produktion von organischen Schwefelverbindungen (TWE) unter natürlichen anoxischen Bedingungen ist beispiellos. Dies deutet darauf hin, dass die Fähigkeit, WE und TWE zu produzieren, eine Eigenschaft von bestimmten mesophilen SRB darstellt. BAGEL schuf daher einen neuen Ansatz in Bezug auf das biokatalytische Potenzial von WE und TWE. Außerdem lieferte es neue Einblicke in entscheidende Aspekte der mikrobiellen Ökologie und der Evolution der Lipid-Biosynthese in Prokaryoten.
Schlüsselbegriffe
Bakterien, Archaea, nicht-isoprenoider Ether von Glycerin, BAGEL, Sulfat reduzierende Bakterien, Monoalkylglyzerole, Dialkylglyzerole, Wachsester, Thiowax-Ester, Ultrastruktur von Zellen, Umweltanpassung
