Salzanpassungsstrategien von Cyanobakterien

Neue Schutzsubstanz zum Überleben entdeckt

Cyanobakterien, die früher als Blaualgen bezeichnet wurden, sind photosynthetisierende Bakterien, die eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf spielen. Viele Cyanobakterien können aber auch Luftstickstoff binden und in für andere Algen und Pflanzen nutzbare Stickstoffverbindungen umbauen.

Das Cyanobakterium Trichodesmium trägt in tropischen und subtropischen Ozeanen wesentlich zur „Düngung“ dieser Gewässer mit Stickstoffverbindungen bei. (Quelle: https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/)

Ein solches Cyanobakterium ist Trichodesmium, das in tropischen und subtropischen Ozeanen wesentlich zur „Düngung“ dieser Gewässer mit Stickstoffverbindungen und damit deren Produktivität beiträgt. Um jedoch in salzreichen Lebensräumen wie dem Ozean überleben zu können, müssen Mikroorganismen kleine organische Verbindungen als Schutzsubstanzen akkumulieren, um die hohen Salzgehalte des Umgebungsmediums zu ertragen.

Forschungen der letzten Jahre haben eine große Vielfalt derartiger Schutzsubstanzen ermittelt, wobei im Ozean lebende Cyanobakterien normalerweise die Schutzsubstanz Glucosylglycerol akkumulieren. In der Erbsubstanz von Trichodesmium ließen sich allerdings keine Gene zur Bildung dieser Verbindung noch einer anderen bekannten Schutzsubstanz nachweisen.

Dieser geheimnisvollen Salzanpassungsstrategie von Trichodesmium sind Forscher der Universität Rostock in Kooperation mit Wissenschaftlern von der Universität Freiburg sowie der Bar-Ilan University, Tel-Aviv, Israel auf den Grund gegangen. In ihrer gerade in der Zeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences USA“ (http://www.pnas.org/content/early/2016/10/27/1611666113.full.pdf) erschienenen Publikation konnte Dr. Nadin Pade aus der Abteilung Pflanzenphysiologie des Instituts Biowissenschaften der Universität Rostock die grundlegenden Mechanismen der Salzanpassung dieses global bedeutsamen Cyanobakterium aufklären. In Zusammenarbeit mit Kollegen vom Institut Chemie der Universität gelang es ihr, mit Homoserinbetain eine neue Schutzsubstanz für Cyanobakterien nachzuweisen. Neben der Aufklärung der Struktur wurden auch die Schutzwirkung dieser Substanz sowie ihr Biosyntheseweg aufgeklärt.

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Diese neuen Erkenntnisse erklären nicht nur, wie sich Trichodesmium an die hohen Salzgehalte des Ozeans anpasst. Darüber hinaus ergeben sich neue Forschungsansätze um zu ergründen, wie diese Schutzsubstanz sich auf die Lebensgemeinschaft im Ozean auswirkt, wenn es zu deren Freisetzung beim Absterben der Trichodesmium-Massenentwicklungen kommt.

Heute werden die mit bloßem Auge zu erkennenden rot gefärbten Massenentwicklungen dieses Cyanobakteriums aus dem Weltall per Satellit überwacht, um den Beitrag von Trichodesmium zur „Düngung“ des Ozeans und damit zum globalen Stickstoffkreislauf abzuschätzen.

Kontakt:
Prof. Dr. Martin Hagemann
University of Rostock
Institute of Biological Sciences
Plant Physiology
Rostock
E-Mail: martin.hagemann@uni-rostock.de

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