Wissenschaftler haben eine neue kettenartige Struktur entdeckt, die einzelligen Organismen hilft, in den schwefelreichen heißen Säurequellen des Yellowstone-Nationalparks in den USA zu überleben
Während die heißen Quellen von Yellowstone berühmte Wahrzeichen sind, ist die Tatsache, dass Leben in ihrem kochenden und stark säurehaltigen Wasser überleben kann, ebenso erstaunlich.
Um herauszufinden, wie dies möglich ist, untersuchte ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der University of Exeter eine säureliebende Art von Archaeen namens Sulfolobus acidocaldarius.
Mit einer hochmodernen bildgebenden Technik namens Kryo-Elektronenmikroskopie untersuchten sie die von der Art produzierten haarähnlichen Proteinfilamente – und fanden ein bisher unbekanntes Protein, das extrem stabile kettenähnliche Fasern bildet.
„Die heißen Quellen in Yellowstone sind so korrosiv, dass nur sehr spezielle Lebensformen darin überleben können“, sagte Dr. Bertram Daum vom Living Systems Institute in Exeter und leitender Autor der Studie.
„Von allem Leben auf der Erde kommen archaeale Arten am häufigsten unter solch extremen Bedingungen vor, und S. acidocaldarius ist ein robuster Organismus, der bei etwa 80 °C und sehr sauren pH-Werten gedeiht.
„Durch die Oxidation von Schwefel in den Quellen, die es sein Zuhause nennt, erzeugt S. acidocaldarius sogar die giftige Schwefelsäure, die es bewohnt.“
Das Team wollte verstehen, wie S. acidocaldarius-Zellen zusammenkommen, um miteinander verbundene Gemeinschaften auf Oberflächen zu bilden, die als Biofilme bezeichnet werden.
S. acidocaldarius produziert vier verschiedene Proteinfilamente, jedes hochstabil und mit einer einzigartigen Funktion – und das Verständnis der Struktur dieser Filamente könnte nicht nur zeigen, wie diese Art überlebt, sondern auch die Entwicklung von starken, aber biologisch abbaubaren Nanomaterialien unterstützen.
„Wir haben die Struktur eines dieser Filamente, genannt ‚Faden‘, untersucht“, sagte Dr. Daum.
„Unsere Mitarbeiter in Deutschland haben S. acidocaldarius in speziellen Inkubatoren gezüchtet und die Fäden aus den Zellen isoliert.
„Dann haben wir die Fäden bei sehr niedrigen Temperaturen eingefroren und mit einem Transmissionselektronenmikroskop abgebildet.
„Mit einer ausgeklügelten Bildanalysesoftware haben wir ein hochdetailliertes dreidimensionales Bild des Fadens erstellt, das es uns ermöglichte, ihn mit atomarer Auflösung zu visualisieren.“
Zur Überraschung des Teams enthüllte dies eine zuvor ungesehene Klasse von Archaea-Proteinfilamenten.
„Die Fäden bestehen aus kaulquappenförmigen Proteinuntereinheiten, die wie Perlen an einer Schnur verkettet sind“, erklärte Mr. Gaines, Co-Autor der Studie.
„Die Untereinheiten werden durch extrem starke Glieder zusammengehalten; jede kaulquappenförmige Untereinheit fügt ihren Schwanz in den Kopf der nächsten Untereinheit entlang der Kette ein.“
Diese starken Bindungen ermöglichen es den Zellen, sich selbst unter den widrigsten Bedingungen in Biofilmen zu verbinden und verbunden zu bleiben.
Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Naturkommunikationträgt den Titel „Elektronen-Kryo-Mikroskopie enthüllt die Struktur des archaealen Fadenfilaments.“
Mehr Informationen:
Matthew C. Gaines et al., Kryo-Elektronenmikroskopie enthüllt die Struktur des archaealen Fadenfilaments, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34652-4