Nicht alle Bakterien sind gleich. Die meisten Bakterien sind einzellig und sehr klein, nur wenige Zehntausendstel Zentimeter lang. Aber Bakterien der Familie Epulopiscium sind groß genug, um mit bloßem Auge gesehen zu werden, und sie sind bis zu eine Million Mal größer als ihr bekannterer Cousin E. coli. Eine bahnbrechende Studie des Riesenbakteriums Epulopiscium viviparus zeigt, dass es einzigartige Energie produzieren kann, die bei der zukünftigen Algennutzung Anwendung finden könnte.
In einer kürzlich in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten Studie haben Forscher der Cornell University und des Lawrence Berkeley National Laboratory zum ersten Mal das vollständige Genom einer Art aus einer Familie von Riesenbakterien beschrieben und sie Epulopiscium viviparus genannt.
„Dieses unglaublich riesige Bakterium ist in vielerlei Hinsicht einzigartig und interessant: seine enorme Größe, die Art und Weise, wie es sich vermehrt, die Art und Weise, wie es seine Stoffwechselbedürfnisse erfüllt, und mehr. Die Entdeckung des genomischen Potenzials dieses Organismus war aufschlussreich“, sagte Esther Angert, Professorin für Mikrobiologie am College of Agriculture and Life Sciences und korrespondierende Autorin der Studie.
Lebensraum und Eigenschaften
Das erste Mitglied der Familie Epulopiscium wurde 1985 entdeckt. Alle Mitglieder dieser Art leben symbiotisch im Darm bestimmter Schwertfische, die in tropischen Meereskorallenriffumgebungen wie dem Great Barrier Reef und dem Roten Meer vorkommen.
Aufgrund seiner enormen Größe dachten Wissenschaftler zunächst, es handele sich um eine Art einzigartiges Protozoen, sagte Angert. Der Name Epulopiscium kommt von den lateinischen Wurzeln epulo für „Gast“ und piscium für „Fisch“. Während sich die meisten Bakterien vermehren, indem sie sich in zwei Hälften teilen und zwei Nachkommen hervorbringen, kann E. viviparus bis zu 12 Kopien von sich selbst produzieren, die in der Mutterzelle wachsen und dann freigesetzt werden, „aktiv schwimmend – viviparus bedeutet ‚Lebendgeburt‘“, sagte Angert.
Seit Jahrzehnten arbeitet Angert mit Fischbiologen an der australischen Forschungsstation Lizard Island zusammen, um Proben zu sammeln und zu untersuchen.
Die Forscher sind besonders daran interessiert zu verstehen, wie E. viviparus seinen extremen Stoffwechselbedarf deckt. Bakterien, die sich von Nährstoffen in der Umwelt ernähren, anstatt ihre eigene Energie aus dem Sonnenlicht zu beziehen, lassen sich im Allgemeinen in zwei Lager einteilen: diejenigen, die Zugang zu Sauerstoff haben, und diejenigen, die keinen Zugang dazu haben. „Ohne Sauerstoff nutzen Bakterien normalerweise die Fermentation zur Energiegewinnung, und fermentierende Organismen profitieren nicht so stark von den Nährstoffen“, sagte Angert.
Die Tatsache, dass E. viviparus tatsächlich ein Fermenter ist, macht das Rätsel noch größer, da seine enorme Größe, seine enorme Fortpflanzungsfähigkeit und seine Schwimmfähigkeit mehr und nicht weniger Energie erfordern.
Genetische Anpassung und Energieproduktion
Die Forscher fanden heraus, dass E. viviparus seinen Stoffwechsel ändert, um die Vorteile seiner Umgebung zu nutzen, eine seltene Methode zur Erzeugung von Energie und Bewegung nutzt (die gleiche Schwimmmethode wie die Bakterien, die Cholera verursachen) und einen großen Teil seines genetischen Codes für die Herstellung von Enzymen verwendet, um Nährstoffe im Darm des Wirts zu gewinnen. Die produktivsten dieser Enzyme sind diejenigen, die zur Herstellung von ATP, der Energiewährung aller Zellen, verwendet werden. Eine stark gefaltete Membran am äußeren Rand von E. viviparus bietet lebenswichtigen Raum für Energie erzeugende und transportierende Proteine, was verblüffende Ähnlichkeiten mit der Funktion von Mitochondrien in den Zellen komplexerer Organismen aufweist.
„Wir alle kennen das Sprichwort ‚Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle‘“, sagte Angert. „Überraschend ist, dass diese Membranen von E. viviparus dazu neigen, dem Muster der Mitochondrien zu folgen: Sie haben stark gefaltete Membranen, die die Oberfläche vergrößern, auf der diese energieerzeugenden Pumpen arbeiten können, und diese vergrößerte Oberfläche schafft eine Energiequelle.“
Mögliche Anwendungen und zukünftige Forschung
Angert sagte, dass diese Grundlagenforschung in der Zukunft viele potenzielle Anwendungen habe, insbesondere weil E. viviparus über eine so effiziente Strategie zur Nutzung der Nährstoffe in den Algen verfügt. Algen sind ein wachsendes Ziel für Viehfutter, erneuerbare Energien und menschliche Ernährung, da ihr Wachstum nicht mit der landgestützten Landwirtschaft konkurriert.
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily