Studie legt nahe, dass marine Cyanobakterien über Membran-Nanoröhren kommunizieren

Vor drei Jahren schaute María del Carmen Muñoz, eine Forscherin an der Universität von Córdoba, durch ein Elektronenmikroskop, um die Bläschen mariner Cyanobakterien zu untersuchen – und entdeckte dabei fast zufällig etwas Unerwartetes: Strukturen, die man zwar schon vor Jahren bei anderen Bakterien entdeckt hatte, die man jedoch bei dieser Art von Lebewesen, die für die Produktion von mehr als der Hälfte des Sauerstoffs auf der Erde verantwortlich sind, noch nie gefunden hatte.

So begann eine umfangreiche Studie, die von einem multidisziplinären Team durchgeführt wurde, und ihre Ergebnisse wurden gerade veröffentlicht veröffentlicht im Journal Wissenschaftliche Fortschritte.

Diese seltsamen Strukturen werden Membran-Nanoröhren genannt. Das Wichtigste dabei ist, dass diese kleinen Röhren den Lebewesen laut der Studie den Materialtransfer ermöglichen, indem sie eine Austauschbrücke bilden, eine Art Schlauch, der mit nahegelegenen Zellen verbunden ist und ihnen ermöglicht, Substanzen von einigen Cyanobakterien auf andere zu übertragen. Seit der Entdeckung dieser Organismen ist dies das erste Mal, dass physischer und direkter Kontakt zwischen ihnen nachgewiesen wurde.

„Dieser Befund hat enorme Auswirkungen und bestärkt uns in der Idee, dass wir unsere Denkweise über Cyanobakterien ändern müssen“, sagte der Forscher José Manuel García. Die Studie stellt die Vorstellung in Frage, dass diese Organismen isoliert leben, und legt nahe, dass sie als eine Art Netzwerk fungieren könnten, in dem sie interagieren. Diese Annahme ist von großer Relevanz, wenn man bedenkt, dass diese Lebewesen die am häufigsten vorkommenden photosynthetischen Organismen auf dem Planeten sind, eine wahre „Lunge“ für die Ozeane darstellen und für die Erhaltung des Lebens, wie wir es kennen, unverzichtbar sind.

In den letzten Jahren hat die Studie unter der Leitung von Forscher Muñoz eine multidisziplinäre Gruppe mobilisiert, die sich unter anderem aus den Abteilungen für Biochemie, Molekularbiologie und Zellbiologie der UCO, dem Maimonides-Institut für biomedizinische Forschung (Cordoba), dem Universitätsinstitut für Meeresforschung der Universität Cádiz, dem Institut für Pflanzenbiochemie und Photosynthese (Sevilla) sowie der Ozeanographin Sallie W. Chisholm, Mitglied des Massachusetts Institute of Technology und Entdeckerin der Cyanobakterien-Gattung Prochlorococcus, zusammensetzt.

Seit Beginn der Studie und nach Durchsicht der verfügbaren Literatur zu diesen Nanoröhren in anderen Bakterien hat das Team verschiedene Experimente im Labor durchgeführt, beispielsweise den Einsatz fluoreszierender Proteine ​​und deren Überwachung durch Fluoreszenzmikroskopie sowie den Einsatz von Elektronenmikroskopie zur Charakterisierung dieser Strukturen. Durch diese Tests konnten sie bestätigen, dass ein Materialaustausch vom Inneren einer Zelle zur anderen stattfindet.

Darüber hinaus habe die Arbeit gezeigt, dass dieser Stofftransfer nicht nur bei Cyanobakterien derselben Abstammungslinie vorkommt, sondern auch zwischen Cyanobakterien unterschiedlichen Geschlechts, erklärte die Doktorandin und Erstautorin der Studie, Elisa Angulo. Dies habe man nicht nur im Labor, sondern auch in natürlichen Meeresproben nachgewiesen.

Neue Fragen

Wie so oft in der Wissenschaft werfen diese Erkenntnisse nun neue Fragen auf: Handelt es sich bei diesem Molekültransfer um einen Hilfsmechanismus oder eine Waffe im Kampf ums Überleben? Welche anderen Stoffe könnten außer Proteinen noch ausgetauscht werden? Gibt es einen Zusammenhang zwischen diesem Mechanismus und der in der Umwelt verfügbaren Nahrungsmenge?

Dieser letzten Frage geht Elisa Angulo, Forscherin an der Universität Córdoba, bereits nach und hat gerade eine Hochseereise abgeschlossen, bei der sie das Verhalten dieser Lebewesen in nährstoffarmen und oligotrophen Gebieten des Pazifiks erforscht hat.

Wir müssen die nächsten Monate abwarten, um mehr über diese Meeresbakterien zu erfahren, die Lebewesen, die die Photosynthese erfunden haben und die mit über 3,5 Milliarden Jahren eine der ältesten bekannten Lebensformen darstellen. Ihre Erforschung ist daher nicht nur für Ökosysteme von entscheidender Bedeutung, sondern auch für das Verständnis grundlegender Prozesse im weiten Feld der Biologie.