Komplexe Symbiose

Bakteriengemeinschaften auf Flechten entschlüsselt

Flechten sind robuste symbiotische Gemeinschaften von Algen und Pilzen. Sie können unter schwierigsten Bedingungen und extremen Verhältnissen existieren; es gibt Flechten, die sogar tausende Jahre schadlos überdauern. Sichtbar werden sie entweder auf Baumrinden oder besonders im Hochgebirge auf Steinen und Boden.

Flechten finden sich vor allem auf Baumrinden. (Foto: Matthias Binder)

Bakterien spielen in diesem komplexen System eine wichtige Rolle, nur welche genau, war der Wissenschaft bislang nicht ganz klar. ForscherInnen der Karl-Franzens-Universität Graz rund um den Biologen Ao.Univ.-Prof. Dr. Martin Grube haben nun gemeinsam im Rahmen der naturwissenschaftlichen Lehr- und Forschungskooperation NAWI Graz mit KollegInnen der TU Graz – Arbeitsgruppe von Univ.-Prof. Gabriele Berg – und der deutschen Universität Greifswald versucht, die bakterielle Besiedelung auf Flechten besser zu verstehen.

Dazu haben sie das Metagenom (die DNA aller beteiligten Organismen) sowie das Metaproteom (die Gesamtzusammensetzung der Proteine) analysiert und die Daten miteinander verglichen. „Wir konnten erstmals in einer umfassenden Erhebung sehen, welche Funktionen von Bakterien für die Flechtensymbiose von Bedeutung sind“, erklärt Grube. Die Ergebnisse dieser im Rahmen eines FWF-DACH-Projekts durchgeführten Entschlüsselungsarbeit wurden nun in einem featured article des „ISME Journals“ publiziert.

Perfektes Miteinander
Flechten zählen zu den komplexesten Formen, die Pilze hervorbringen können; und die Symbiose mit den Algen funktioniert ähnlich wie ein Gewächshaus: „Der Pilz schützt die Alge und die Alge produziert dafür Zucker. Diesen nutzt der Pilz für sein Wachstum“, beschreibt Grube das perfekte Zusammenspiel dieser Mikroorganismen. „Auf jeder Flechtenart finden wir spezifische Vergemeinschaftungen von Bakterien. Sie sitzen drauf und nutzen die Eigenschaften der Flechte für sich. Wir wussten aber bis jetzt nicht, wozu sie in ihrer Gesamtheit in der Lage sind.“

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Erst durch eine genaue bioinformatische Analyse der DNA und Proteine haben die ForscherInnen herausgefunden, wie Alge und Pilz zusammenhängen und welche Funktion Bakterien dabei haben. „Wir haben nun Belege dafür, dass Bakterien dieses ausgeklügelte System ,Flechte‘ unterstützen.“ Sie fördern zum Beispiel das Wachstum der Flechten. Genauere Messungen, die noch mehr über die Gemeinschaften aussagen, sollen nun auf Basis dieser ersten grundlagenwissenschaftlicher Erkenntnisse folgen. „Wir können vom Ressourcen-Management der Flechten noch viel lernen“, betont Grube. In ihren nährstoffarmen Lebensumgebungen sind sie Meister der Sparsamkeit und – mit ihrem perfekte Zusammenleben – ein miniaturisiertes Modell der Natur für Selbstgenügsamkeit (Autarkie) und Integration verschiedener Arten.

Publikation:
Exploring functional contexts of symbiotic sustain within lichen-associated bacteria by comparative omics. http://www.nature.com/ismej/journal/v9/n2/full/ismej2014138a.html. Martin Grube, Tomislav Cernava, Jung Soh, Stephan Fuchs, Ines Aschenbrenner, Christian Lassek, Uwe Wegner, Dörte Becher, Katharina Riedel, Christoph W. Sensen and Gabriele Berg.

Rückfragen:
Ao.Univ.-Prof. Dr. Martin Grube
Institut für Pflanzenwissenschaften
Karl-Franzens-Universität Graz
E-Mail: martin.grube@uni-graz.at

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