Forscher isolieren methanfressende Mikroben
Forscher aus Deutschland und den USA haben ein molekularbiologisches Verfahren entwickelt, um Mikroorganismen, die für die Absorption von 80% der Methanemissionen (CH4) der Ozeane verantwortlich sind, von hochkomplexen natürlichen Gemeinschaften zu trennen. Darauf hin hat das Team die Gene isoliert, die an der Methanoxidation beteiligt sind. Was viele Menschen nicht wissen: es gibt über 100 Millionen Mal mehr mikrobielle Zellen im Ozean als Sterne im sichtbaren Universum. Zusammen bilden sie über 90 Prozent der gesamten Biomasse auf der Erde. Seit 1999 interessieren sich die Forscher für Mikroorganismen, die 80% des Methans, das sich kontinuierlich aus riesigen Lagern im Ozeanboden löst, direkt aufnehmen können. Methan ist ein Treibhausgas, das hinsichtlich der Aufheizung der Atmosphäre 20-fach stärker ist als Kohlendioxid (CO2). Diese methanfressenden Mikroben und andere in der Tiefsee lebenden Mikroorganismen zu verstehen, ist wegen ihrer Größe eine komplizierte Angelegenheit. Die meisten Mikroorganismen lassen sich nämlich im Labor nicht kultivieren. "Neunundneunzig Prozent der in der Natur vorkommenden Mikroorganismen können nicht im Labor gezüchtet werden, dazu gehören auch diese methan-oxidierenden Organismen", erklärt Victoria Waise, Wissenschaftliche Mitarbeiterin für Geobiologie am California Institute of Technology (Caltech), USA, die an der Studie teilgenommen hatte. Jedoch ermöglichen die jüngsten Fortschritte bei molekularbiologischen Verfahren den Forschern, diese Mikroorganismen in ihrer natürlichen Umgebung zu untersuchen. Zum Beispiel ist die metagenomische Analyse ein Verfahren, bei der genetisches Material von Mikroorganismen gewonnen wird, indem diese von ihrer Gemeinschaft in der Probe getrennt und dann vollständig sequenziert werden. Mit diesem Verfahren ist es möglich, eine große Bandbreite an Informationen über die Mikroorganismen zu erlangen. "Aus ribosomalen RNA-Studien wissen wir, dass in der Natur eine große mikrobielle Vielfalt herrscht, aber wir wissen nicht, wozu die meisten Mikroben gut sind", erklärt Orphan. "Wir benötigten ein Verfahren, um ausgewählte Spezies an Mikroorganismen von hochkomplexen natürlichen Gemeinschaften zu trennen." Bei diesem Verfahren, das vom Caltech-Team gemeinsam mit Wissenschaftlern des Zentrums für Umweltforschung in Leipzig, Deutschland, entwickelt wurde, werden die Mikroorganismen mit winzigen Eisenkügelchen markiert und dann mit einem Magneten aus dem Tiefseesediment herausgezogen. Die Forscher fanden heraus, dass es sich bei den großen Methanfressern um Archaeen handelt, Mikroorganismen, deren molekulare Eigenschaften sich von denen der Bakterien unterscheiden. Dank dieses Verfahrens entdeckten die Forscher auch mehrere unerwartete bakterielle Partner, die auf den Archaeen leben und sich von deren Stoffwechselprodukten ernähren. Bei ihren Experimenten gelang es den Forschern Gene zu isolieren, die an der anaeroben Oxidation von Methan (AOM), dem Hauptprozess bei der Eliminierung des Methans aus dem Meer, beteiligt sind. Sie entdeckten auch, dass diese Organismen ein Gen zur Stickstofffixierung besitzen, einem Prozess, bei dem Stickstoffgas in Nährstoffe wie Ammoniak umgewandelt wird. "Es überraschte uns, diese Gene in den isolierten Zellen anzutreffen", sagt Anne Dekas, graduierte Studentin bei Caltech, "weil wird davon ausgingen, dass diese Organismen energiearm sind und für die Fixierung von Stickstoff viel Energie benötigt wird." Die Arbeit wurde in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.
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