Neue Arten von Meeresbakterien, die aus einem kalten Tiefseesickerwasser isoliert wurden

Forscher haben einen neuen Stamm mariner Bakterien mit einzigartigen Eigenschaften aus dem Meeresboden isoliert.

Die Studie wurde heute als Reviewed Preprint in veröffentlicht eLifewird von den Herausgebern als eine wichtige Studie beschrieben, die unser Verständnis der physiologischen Mechanismen in Tiefsee-Planctomycetes-Bakterien erweitert und einzigartige Merkmale aufdeckt, wie zum Beispiel, dass es sich um die einzige bekannte Art in der Klasse der Phycisphaerae-Bakterien handelt, die ein bestimmtes Knospungsmodell der Teilung verwendet.

Es liefert, wie die Herausgeber auch sagen, überzeugende Beweise dafür, dass die neue Art umfassend an der Stickstoffassimilation beteiligt ist und mit einem chronischen Virus (Bakteriophagen) zusammenlebt, das den Stickstoffstoffwechsel erleichtert. Der Stickstoffkreislauf durch Bakterien ist ein wesentlicher Prozess, der Stickstoff für den Einbau in Nukleinsäuren, Aminosäuren und Proteine ​​– die Bausteine ​​des Lebens – freisetzt.

„Bis vor Kurzem konzentrierte sich die Forschung zur Familie der Planctomyceten-Bakterien aufgrund der logistischen Schwierigkeiten, die mit der Probenahme und Kultivierung von Tiefseestämmen verbunden sind, auf Stämme in Süßwasser- und Flachwasserumgebungen“, sagt Hauptautor Rikuan Zheng, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Peking, China, und Nationales Labor für Meereswissenschaften und -technologie, Qingdao, China.

„Die meisten Planctomycetes-Bakterien wurden mithilfe von Wachstumsmedien isoliert, die nährstoffarm sind. Deshalb wollten wir sehen, ob die Verwendung eines nährstoffreichen Mediums es ermöglichen würde, Mitglieder dieser kaum verstandenen Familie zu kultivieren und weiter zu charakterisieren.“

Um das neuartige Bakterium zu isolieren, entnahm das Team Sedimentproben aus einem kalten Tiefseesee, in dem sich bekanntermaßen Planctomycetes-Bakterien aufhalten, und förderte dann deren Wachstum, indem es ein Standard-Wachstumsmedium mit dem Antibiotikum Rifampicin und Stickstoffquellen ergänzte. Sie kultivierten diese angereicherten Bakterien auf Agar und bewerteten einzelne Kolonien weiter durch Gensequenzierung.

Unter den Bakterien identifizierten sie einen Stamm namens ZRK32, der schneller wuchs als andere und wahrscheinlich zur Gattung Poriferisphaera gehörte. Um dies zu bestätigen, verglich das Team die genetischen Ähnlichkeiten zwischen diesem Stamm und anderen Mitgliedern der Gattung Poriferisphaera und stellte fest, dass er von Poriferisphaera corsica, der einzigen anderen Art mit einem gültigen veröffentlichten Namen, unterscheidbar war. Dies deutet darauf hin, dass es sich bei ZRK32 um eine neuartige Art handelt, die das Team Poriferisphaera hetertotrophicis nennen möchte.

Um mehr über diese neue Art zu erfahren, untersuchte das Team ihr Wachstum und ihre Vermehrung. Sie fanden heraus, dass Poriferisphaera hetertotrophicis im Gegensatz zu anderen Mitgliedern der Planctomycetes-Familie in nährstoffreichen Medien besser wächst und sich über einen Knospungsmechanismus vermehrt, bei dem Elternzellen Auswuchsknospen erzeugen, die sich zu Tochterzellen entwickeln.

Da bekannt ist, dass die Bakterienfamilie Planctomycetes eine wichtige Rolle im Stickstoffkreislauf spielt, untersuchte das Team als Nächstes, ob dies auch bei Poriferisphaera hetertotrophicis der Fall ist. Um dies zu testen, untersuchten sie die Auswirkungen verschiedener stickstoffhaltiger Substanzen – Nitrate, Ammoniak und Stickstoffdioxid – auf das Wachstum von Poriferisphaera hetertotrophicis. Sie fanden heraus, dass die Zugabe von Stickstoff in Form von Nitrat oder Ammoniak das Wachstum steigerte, während die Zugabe von Stickstoff in Form von Nitrit das Wachstum hemmte.

Sie entdeckten auch, dass die Zugabe von Nitrat oder Ammoniak dazu führte, dass der neuartige Stamm einen Bakteriophagen freisetzte – eine Art Virus, der Bakterien infiziert. Bakteriophagen sind in den Ozeanen weit verbreitet und können den Stickstoffstoffwechsel in ihren Wirtsbakterien regulieren. Dieser Bakteriophage namens Phagen-ZRK32 konnte das Wachstum von Poriferisphaera hetertotrophicis und anderen Meeresbakterien drastisch steigern, indem er den Stickstoffstoffwechsel erleichterte.

Auch wenn die genetische Analyse des Teams nahelegte, dass Poriferisphaera hetertotrophicis alle notwendigen Gene für die Metabolisierung von Nitrat und Ammoniak enthält, könnte eine chronische Infektion mit diesem Bakteriophagen dazu beitragen, den Stickstoffstoffwechsel weiter zu optimieren.

„Unsere Analysen deuten darauf hin, dass der Stamm ZRK32 eine neuartige Art ist, die am besten in nährstoffreichen Medien wächst und in Gegenwart von Stickstoff einen Bakteriophagen freisetzt“, schlussfolgert der leitende Autor Chaomin Sun, Professor am Institut für Ozeanologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. und das National Laboratory for Marine Science and Technology.

„Dieser Phagen-ZRK32 ist ein chronischer Bakteriophage, der in seinem Wirt lebt, ohne ihn zu töten. Unsere Ergebnisse liefern einen neuen Einblick in den Stickstoffstoffwechsel in Planctomycetes-Bakterien und ein geeignetes Modell zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Planctomycetes und Viren.“