Bakterium mit Schwefelvorrat

Fernab der Küste gewinnt das Bakterium Thioglobus perditus aus elementarem Schwefel Energie

30. April 2018

SUP05-Bakterien leben an Orten, an denen es für sie eigentlich keine Lebensgrundlage gibt. Bremer Max-Planck-Forscher haben nun herausgefunden, dass sie dort sogar recht aktiv sind – mit möglichen weitreichenden Folgen für den weltweiten Stickstoffkreislauf. Die Bakterien reisen nämlich mit einem „Vorratspack“. Zudem haben die Forscher das Genom der Bakterien entziffert.

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Blick vom Forschungsschiff auf die Paracas-Halbinsel. Hier liegt die Ursprungsregion der Wasserwirbel, die Thioglobus perditus auf den Ozean hinausspülen.

Der Bakterienstamm SUP05 gibt Forschern einige Rätsel auf. Wieso etwa finden sich diese Mikroben im offenen Ozean, obwohl es für sie dort keine Lebensgrundlage gibt? Denn SUP05-Bakterien nutzen zur Energiegewinnung die Schwefelverbindung Sulfid, und das findet sich meist nur nahe den Küsten. Eine Forschergruppe um Marcel Kuypers vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen hat nun in Zusammenarbeit mit dem GEOMAR und der Universität Kiel einige Antworten gefunden: Auf einer Ausfahrt mit dem Forschungsschiff Meteor haben die Forscher im Meer vor Peru einen Vertreter dieses Bakterienstammes entdeckt, der seinen eigenen Vorrat an Schwefel mit sich trägt. 

Außerdem gelang es den Forschern, das komplette Genom des Bakteriums zu entschlüsseln. Die Mikrobe hat quasi einen Personalausweis ausgestellt bekommen. Name: Thioglobus perditus, sinngemäß die auf See „verschollene Schwefelkugel“. „Anhand des Genoms haben wir dann eine Gensonde entwickelt, mit deren Hilfe wir diese Mikrobe nun jederzeit genau identifizieren können“, erklärt Cameron Callbeck, Erstautor der Studie, der mittlerweile vom Bremer Max-Planck-Institut an die Schweizer Eawag gewechselt ist.

Energie aus Sulfid

Thioglobus perditus wandelt Sulfid zu Sulfat um und gewinnt aus dieser chemischen Umwandlung die Energie zum Leben. So ist der Einzeller weltweit in küstennahen Auftriebsgebieten verbreitet, wo Wasserwirbel Wolken von Sulfid und episodisch auch elementarem Schwefel aus tieferen Meeresschichten emporspülen. Dort leistet Thioglobus perditus mit seinem Stoffwechsel ökologisch wichtige Dienste. Denn im Zuge der Reaktion wird nicht nur das für andere Organismen giftige Sulfid, sondern auch Kohlendioxid und Nitrat gebunden.

Nun haben die Forscher entdeckt, dass das Bakterium nicht nur küstennah aktiv ist. Immer wieder wurden SUP05-Bakterien auch weiter draußen gefunden, in Wasser ohne gelöstes Sulfid. Wie aber kann der Organismus unter für ihn unwirtlichen Bedingungen existieren? „Niemand wusste, was machen sie da? Sind sie überhaupt aktiv?“, fragt Gaute Lavik vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, Fahrtleiter der Meteor-Reise.

Umwandlung von Schwefel

Mit einem Nano-Sekundärionen-Massenspektrometer, kurz NanoSIMS, haben die Forscher erstmals Messungen an einzelnen Bakterienzellen von Thioglobus perditus vorgenommen. So haben sie Einblicke in die physikalischen und biochemischen Vorgänge darin gewonnen. Das Bakterium scheint eine Art Vorratspack an elementarem Schwefel mit sich zu führen – und es besitzt die nötige Genausstattung, um auch diesen elementaren Schwefel umzusetzen. Wenn die Strömungen Thioglobus perditus von der Küste aufs offene Meer treiben, zehrt die Mikrobe vermutlich von besagtem Vorratspack. Verschwindet der Schwefel aus dem Wasser, verschwindet auch das Bakterium.

„Offensichtlich ermöglicht die Vorratshaltung den Zellen von Thioglobus perditus, auch fernab der sulfidischen Küstengewässer aktiv zu sein, zumindest für eine begrenzte Zeit“, so Mitautor Tim Ferdelman vom Bremer Max-Planck-Institut. „Das macht sie nicht zuletzt zu interessanten Akteuren im weltweiten Kreislauf von Kohlenstoff und Stickstoff, die wiederum das Klima maßgeblich beeinflussen.“

Um dies besser zu quantifizieren, muss bekannt sein, welche Menge der besagten Stoffe in welchen chemischen Prozessen genau umgesetzt wird. „Im Rahmen der aktuellen Studien haben wir zum ersten Mal bestimmt, wie schnell die SUP05-Bakterien Kohlendioxid aufnehmen und dadurch wachsen“, so Mitautor Tim Ferdelman.

FA/HR

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