Studie wirft Licht auf uralte mikrobielle dunkle Materie

Bakterien sind buchstäblich überall – in Ozeanen, in Böden, in extremen Umgebungen wie heißen Quellen und sogar neben und in anderen Organismen, einschließlich Menschen. Sie sind fast unsichtbar, spielen aber in fast allen Facetten des Lebens auf der Erde eine große Rolle.

Trotz ihrer Fülle ist über viele Mikroorganismen, die seit Milliarden von Jahren existieren, überraschend wenig bekannt.

Dazu gehört eine ganze Linie von Bakterien in Nanogröße, die als Omnitrophota bezeichnet werden. Diese Bakterien, die erstmals vor nur 25 Jahren auf der Grundlage kurzer DNA-Fragmente entdeckt wurden, sind in vielen Umgebungen auf der ganzen Welt verbreitet, wurden jedoch kaum verstanden. Bis jetzt.

Ein internationales Forschungsteam erstellte die erste groß angelegte Analyse von mehr als 400 neu sequenzierten und bestehenden Omnitrophota-Genomen und deckte neue Details über ihre Biologie und ihr Verhalten auf. Die Ergebnisse des Teams werden in der Ausgabe des Journals vom 16. März veröffentlicht Naturmikrobiologie.

„Wir haben jetzt den bisher umfassendsten Einblick in die Biologie eines ganzen Stammes von Mikroorganismen und die überraschende Rolle, die sie in den Ökosystemen der Erde spielen“, sagte UNLV-Mikrobiologe Brian Hedlund, der korrespondierende Autor der Studie. „Es gibt eine endliche Anzahl von Hauptlinien des Lebens auf unserem Planeten, und es ist aufregend, mehr über Organismen zu erfahren, die älter als Pflanzen und Tiere sind und im Wesentlichen vor unserer Nase verborgen waren.“

Das Schwierige an Omnitrophota ist, dass sie immer noch weitgehend als mikrobielle dunkle Materie gelten, was bedeutet, dass sie in der Natur existieren, aber noch nicht als einzelne Art in Laborstudien kultiviert werden können. Nur zwei Arten wurden mikroskopisch beobachtet, und das erst vor kurzem.

Um ein umfassendes Bild ihrer Biologie zu präsentieren, verglichen Wissenschaftler 349 bestehende und 72 neu kartierte Genome von Omnitrophota. Dazu gehörte eine Überprüfung öffentlich zugänglicher Daten und neuer Proben aus geothermischen Umgebungen, Süßwasserseen, Abwasser, Grundwasser und Quellen auf der ganzen Welt.

Das Team beobachtete, dass Omnitrophota in den meisten Fällen weniger als 450 Nanometer messen, was sie zu den kleinsten aller bekannten Organismen macht. Sie zeigten auch genetische Marker, die mit einer Symbiose vereinbar sind – möglicherweise als Raubtiere oder Parasiten anderer Mikroorganismen, was darauf hindeutete, dass sie hohe Stoffwechselraten haben würden. Als die Isotopenaufnahme als Proxy für die Stoffwechselaktivität gemessen wurde, waren Omnitrophota tatsächlich hyperaktiv.

„Trotz wie wenig wir insgesamt über Omnitrophota wussten, wurden sie lange Zeit von mikrobiellen Ökologen zitiert. Unser Ziel war es, diese Linie endlich aus der Dunkelheit zu ziehen“, sagte Cale Seymour, kürzlich Absolvent des UNLV-Masters und Hauptautor der Studie. „Je mehr wir über ihre Energiesparpfade und möglichen Lebensstile erfahren, desto näher kommen wir unserem Ziel, sie im Labor zu züchten und ans Licht zu bringen.“

Die Studium, „Hyperaktive Nanobakterien mit wirtsabhängigen Merkmalen durchdringen Omnitrophota“, erschien am 16. März im Journal Naturmikrobiologie. Weitere kooperierende Organisationen sind das Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, die University of North Alabama, das US Department of Energy Joint Genome Institute, das Desert Research Institute, die Northern Arizona University, die Sun Yat-sen University, die University of Science and Technology of China und die University of Queensland.