Wissenschaftler haben eine bemerkenswerte neue Form der Symbiose entdeckt – ein Bakterium, das im Inneren lebt und einen einzelligen Organismus namens Ciliate mit Energie versorgt. Im Gegensatz zu Mitochondrien, die Sauerstoff verbrauchen, versorgt die Mikrobe ihren Wirt mit Energie, indem sie Nitrat einatmet.
Die Forscher entdeckten die Mikrobe zunächst in einem Süßwassersee und machten sich dann daran, ihr Verbreitungsgebiet zu bestimmen. Zu ihrer Überraschung fanden sie diese Mikroben in einer Vielzahl von Umgebungen auf der ganzen Welt, von Seen und Grundwasser bis hin zu Abwasser. Die Entdeckung stellt unser Verständnis mikrobieller Partnerschaften in Frage und zeigt, wie diese winzigen Organismen eine verborgene, aber wichtige Rolle in Ökosystemen auf der ganzen Welt spielen.
Im Jahr 2021 machten Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen eine bedeutende Entdeckung: Ein einzigartiges Bakterium lebt in Ciliaten, einem einzelligen eukaryotischen Organismus, und versorgt ihn mit Energie. Diese symbiotische Beziehung ähnelt der Rolle, die Mitochondrien in Zellen spielen, weist jedoch einen großen Unterschied auf: Anstatt Sauerstoff zu verwenden, erzeugt dieses endosymbiotische Bakterium Energie durch Nitratatmung.
Um die Verbreitung und Vielfalt dieser ungewöhnlichen Mikroorganismen besser zu verstehen, erweiterten Bremer Forscher den Umfang ihrer Studie. Jetzt beginnen Bremer Forscher, mehr über die Verbreitung und Vielfalt dieser seltsamen Symbionten in der Umwelt zu erfahren. Yana Miluca vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie erklärt: „Nachdem wir diesen Symbionten zum ersten Mal in einem Süßwassersee entdeckt hatten, wollten wir wissen, wie häufig diese Organismen in der Natur vorkommen. Sind sie extrem selten und daher lange unentdeckt geblieben? Oder gibt es sie anderswo und wenn ja, welche Stoffwechselfähigkeiten haben sie?“
Um das herauszufinden, durchsuchten die Wissenschaftler große öffentliche Sequenzierungsdatenbanken, die genetische Daten aus zahlreichen Umweltproben enthielten. Was sie herausfanden, war überraschend: Diese Symbionten tauchten in etwa 1.000 verschiedenen Datensätzen auf. „Wir waren überrascht, wie allgegenwärtig sie sind“, sagte Miluca. „Wir können sie auf jedem bewohnten Kontinent finden und außerdem haben wir gelernt, dass sie nicht nur in Seen und anderen Süßwasserlebensräumen, sondern auch im Grundwasser und sogar im Abwasser leben können.“
Wissenschaftler entdeckten in diesen Datensätzen nicht nur die ursprünglichen Symbionten, sondern auch einige neue Verwandte. „Wir haben letztendlich vier neue Arten identifiziert, von denen zwei tatsächlich eine neue Gattung bilden“, erklärt Erstautor Daan Speth, „weil die Symbionten dieser neuen Gattung möglicherweise mit dem ursprünglich entdeckten Azoamicus (dessen Name „Stickstofffreund“ bedeutet) verwandt sein könnten, der eine ähnliche Rolle spielt, und wir die neue Gattung Azosocius („Stickstofffreund“) benannt haben. Wir hatten das Glück, in Grundwasserproben aus Heinich, Deutschland, nicht weit entfernt, eine neue Azosocius-Art zu finden Bremen.“
Nun wollen Wissenschaftler tiefer in das Leben dieser neuen Arten eintauchen. In Zusammenarbeit mit Kirsten Küsel und Will Overholt von der Friedrich-Schiller-Universität Jena, Deutschland, die ursprünglich Heinichs Proben gesammelt hatten, konnten die Wissenschaftler auf die Probenahmestellen zugreifen und metatranskriptomische Daten untersuchen – Daten, die die Genexpression in einer Probe beschreiben und mikrobielle Aktivität zeigen.
Speth fuhr fort: „Hier erleben wir eine weitere Überraschung – diese respiratorischen Symbionten können neue Tricks spielen. Im Gegensatz zu den ursprünglichen Symbiontenarten, die nur anaerobe Atmung (d. h. Denitrifikation) durchführen können, kodieren alle neuen Symbiontenarten tatsächlich ein terminales Oxidase-Enzym, das es ihnen ermöglicht, zusätzlich zu Stickstoff auch Sauerstoff zu atmen. Dies könnte erklären, warum wir diese Symbionten auch in Umgebungen finden, die ganz oder teilweise atmen.“ anoxisch.
Die jetzt in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Ergebnisse beantworten offene Fragen der Wissenschaftler zur Biogeographie von Symbionten. „Dank der Entdeckung dieser neuen Arten können wir jetzt auch mehr über ihre Entwicklung nachdenken“, sagt Miluca. „Wir hoffen, besser zu verstehen, wie diese nützlichen Symbionten entstanden und wie sie sich im Laufe der Zeit entwickelten.“ "
Es gebe auch ökologische Aspekte in der Studie, fügte Speth hinzu: „Durch die Durchführung der Denitrifikation hat diese symbiotische Beziehung Einfluss auf den Stickstoffkreislauf in ihren jeweiligen Lebensräumen und hat das Potenzial, Nährstoffe wie Stickoxide zu entfernen und gleichzeitig Treibhausgase wie Lachgas zu produzieren.“
Zu guter Letzt gibt es eine einfache Wertschätzung der mikrobiellen Welt. „Diese Kreatur ist ein Wunder der Natur“, sagte Miluca aufgeregt. „Protisten sind oft in der Lage, so erstaunliche Stoffwechselinnovationen durchzuführen, weil sie so leicht mit Prokaryoten verwandt sind. Für mich ist das wirklich faszinierend. Diese Organismen sind ein wichtiges Puzzleteil zum Verständnis der eukaryotischen Evolution.“
Zusammengestellt von /ScitechDaily