Ein Vitamin-B12-Mangel kann bei Menschen eine Reihe gesundheitlicher Probleme verursachen und sogar tödlich enden. Bisher ging man davon aus, dass die gleichen Mängel auch bei bestimmten Algenarten auftreten. Eine neue Studie hat die Exposition der Alge Phaeocystis antarctica (P. antarctica) gegenüber einer Matrix aus Eisen und Vitamin B12 untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Alge die Fähigkeit besitzt, ohne B12 zu überleben, was eine Computeranalyse von Genomsequenzen fälschlicherweise gezeigt hatte.
Die im Südpolarmeer beheimatete Alge beginnt als einzelne Zelle, die sich in millimetergroße Kolonien verwandeln kann. Die Forschung veröffentlicht In Verfahren der Nationalen Akademie der WissenschaftenEine Studie mit dem Titel „Flexible B12 ecophysiology of Phaeocystis antarctica due to a fusion B12-independent methionine synthase with weit verbreiteten Homologen“, durchgeführt vom MIT, WHOI, dem JC Venter Institute und der Scripps Institution of Oceanography (UCSD), stellte fest, dass im Gegensatz zu anderem Keystone-Phytoplankton das polare Phytoplankton anders ist , P. antarctica kann mit oder ohne Vitamin B12 überleben.
„Vitamin B12 ist wirklich wichtig für den Stoffwechsel der Algen und weil es ihnen ermöglicht, eine wichtige Aminosäure effizienter herzustellen“, sagte Makoto Saito, einer der Co-Autoren der Studie und leitender Wissenschaftler am Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI).
„Wenn Sie kein Vitamin B12 bekommen können, hat das Leben Möglichkeiten, diese Aminosäuren langsamer herzustellen, was dazu führt, dass sie auch langsamer wachsen. In diesem Fall gibt es zwei Formen des Enzyms, das die Aminosäure Methionin herstellt, eine, die B12 benötigt, und und eines, das viel langsamer ist, aber kein B12 benötigt. Das bedeutet, dass P. antarctica die Fähigkeit hat, sich anzupassen und bei geringer B12-Verfügbarkeit zu überleben.“
Zeitrafferfilm von Phaeocystis antarctica aus dem Rossmeer. Bildnachweis: Makoto Saito, Woods Hole Oceanographic Institution
Die Forscher kamen zu ihrer Schlussfolgerung, indem sie die Proteine von P. antarctica in einer Laborkultur untersuchten und auch in Feldproben nach Schlüsselproteinen suchten. Bei ihrer Beobachtung stellten sie fest, dass die Algen über ein B12-unabhängiges Methionin-Synthase-Fusionsprotein (MetE) verfügen. Das MetE-Gen ist nicht neu, aber man ging bisher davon aus, dass es nicht von P. antarctica besessen wurde. MetE gibt den Algen die Flexibilität, sich an eine geringe Vitamin-B12-Verfügbarkeit anzupassen.
„Diese Studie legt nahe, dass die Realität komplexer ist. Für die meisten Algen ist die Aufrechterhaltung eines flexiblen B12-Stoffwechsels von Vorteil, wenn man bedenkt, wie knapp das Vitamin im Meerwasser ist“, sagte Deepa Rao, leitende Forscherin der Studie und ehemalige MIT-Postdoktorandin. Diese Flexibilität ermöglicht es ihnen, essentielle Aminosäuren herzustellen, selbst wenn sie nicht genügend Vitamin aus der Umwelt erhalten können. Das bedeutet, dass die Klassifizierung von Algen als B12-benötigend oder nicht B12-benötigend möglicherweise zu einfach ist.“
Es wurde angenommen, dass P. antarctica, das an der Basis des Nahrungsnetzes lebt, vollständig durch die Eisenernährung kontrolliert wird. Die Entdeckung des MetE-Gens deutet auch darauf hin, dass Vitamin B12 wahrscheinlich eine Rolle spielt. Aufgrund ihres Vorkommens in P. antarctica bietet die Anpassungsfähigkeit der Algen einen potenziellen Vorteil für die Blüte im frühen australischen Frühling, wenn die Bakterien, die B12 produzieren, seltener sind.
Diese Entdeckung hat auch Auswirkungen auf den Klimawandel. Der Südliche Ozean, in dem P. antarctica vorkommt, spielt eine bedeutende Rolle im Kohlenstoffkreislauf der Erde. P. antarctica nimmt das CO2 auf und setzt durch Photosynthese Sauerstoff frei.
„Während sich unser globales Klima erwärmt, gelangen durch schmelzende Gletscher immer mehr Eisen in den südlichen Küstenozean“, sagte Saito. „Vorhersagen, was als nächstes limitierend ist [is] Danach ist Eisen wichtig, und B12 scheint eines davon zu sein. Klimamodellierer möchten wissen, wie viele Algen im Ozean wachsen, um richtige Vorhersagen treffen zu können. Sie haben Eisen parametrisiert, B12 jedoch noch nicht in diese Modelle einbezogen.“
„Wir sind besonders daran interessiert, mehr über das Ausmaß der Sortenvielfalt zu erfahren. Es wird interessant sein zu sehen, ob B12-unabhängige Stämme in einem wärmeren Südpolarmeer einen Wettbewerbsvorteil haben“, sagte Co-Autor der Studie Andy Allen, ein gemeinsamer Professor am J. Craig Venter Institute und der Scripps Institution of Oceanography an der University of California, San Diego. „Da die B12-Unabhängigkeit im Hinblick auf die Stoffwechseleffizienz mit Kosten verbunden ist, ist eine wichtige Frage, ob Stämme, die B12 benötigen, auf B12-produzierende Bakterien angewiesen sein könnten oder nicht.“
Die Entdeckung, dass P. antarctica die Fähigkeit besitzt, sich an eine minimale Vitamin-B12-Verfügbarkeit anzupassen, trifft auch auf viele andere Algenarten zu, von denen zuvor angenommen wurde, dass sie ebenfalls strikte Vitamin-B12-Verbraucher sind. Die Ergebnisse dieser Studie werden den Weg für zukünftige Forschungen zum Kohlenstoffkreislauf und zur Frage ebnen, wie verschiedene Algenarten in der kalten und rauen Umgebung des Südpolarmeeres überleben.
Mehr Informationen:
Deepa Rao et al., Flexible B 12-Ökophysiologie von Phaeocystis antarctica aufgrund einer Fusion von B 12-unabhängiger Methionin-Synthase mit weit verbreiteten Homologen, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2204075121