Tiefseemuscheln mit hochgiftigen Untermietern

Symbiose-Bakterien produzieren eine Vielzahl von Giftstoffen und bewahren die Muscheln damit offenbar vor dem Gefressen werden

18. September 2015

Stellen sie sich vor, sie haben einen Untermieter. Er befüllt ihnen regelmäßig den Kühlschrank. Aber nebenbei produziert er auch noch allerlei Gift. Mehr Schaden als Nutzen? Nicht unbedingt. Es kommt ganz darauf an, wozu er das Gift benutzt, wie eine internationale Forschergruppe, darunter Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen, herausgefunden hat. Die Forscher haben Tiefsee-Muscheln und mit ihnen in Symbiose lebende Bakterien untersucht. Obwohl die Mikroben ein ganzes Arsenal an Giftstoffen produzieren, schaden sie den Muscheln nicht. Im Gegenteil, sie schützen ihre Partner damit vor Fressfeinden.

Bathymodiolus-Muscheln an der Menez Gwen-Hydrothermalquelle vor der Küste der Azoren, aufgenommen während der Schiffreise M82/3 des Forschungsschiffes Meteor.

Muscheln der Gattung Bathymodiolus gehören zur Familie der Miesmuscheln und leben häufig an heißen Quellen in der Tiefsee. In ihren Kiemen züchten die Muscheln so genannte chemoautotrophe Symbionten. Das sind beispielsweise Schwefelbakterien, die für die Muscheln nicht nutzbare Stoffe aus den heißen Quellen in schmackhaften Zucker umwandeln.

Jillian Petersen und ihre Kollegen vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie haben das Erbmaterial einiger Untermieter der Tiefseemuscheln unter die Lupe genommen. Wider Erwarten stießen sie dabei auf allerlei Gefahrenstoffe. Denn die symbiontischen Bakterien besitzen ein ganzes Arsenal an Genen, die der Herstellung von Giftstoffen dienen. Die Zahl dieser Toxine ist beeindruckend: Mit bis zu 60 Giften ist die Waffenkammer der Mikroorganismen besser gefüllt als die von hochgefährlichen Keimen wie beispielsweise dem Pest- oder dem Cholera-Erreger. Dennoch scheinen die Bakterien ihren Gastgebern nicht zu schaden. Wie kann das sein?

“Wir vermuten, dass die Bakterien diese Toxine gezähmt haben”, erklärt Petersen. “Dadurch können sie sie nun zu ihrem Vorteil nutzen – und zum Vorteil ihres Gastgebers.” Zweierlei positiver Nutzen der Giftstoffe ist dabei denkbar: Einerseits können sie Bakterien und Muscheln dabei helfen, ihre jeweiligen Partner zu erkennen und zu finden, um so überhaupt erst eine erfolgreiche Symbiose eingehen zu können. Andererseits dienen die Toxine vermutlich auch dazu, Fressfeinde von den Muscheln abzuhalten.

“Bisher bekannte Symbiosen haben meist nur einen Nutzen – entweder helfen die Symbionten ihren Wirten bei der Ernährung oder bei der Verteidigung gegen Fressfeinde. Die Partnerschaft von Bathymodiolus mit den Schwefelbakterien, die wir nun untersucht haben, liefert möglicherweise beides: Schutz und Nahrung. Das ist schon recht außergewöhnlich”, betont Lizbeth Sayavedra, die die Untersuchung zusammen mit Jillian Petersen im Zuge ihrer Doktorarbeit durchgeführt hat. Der Untermieter füllt also nicht nur den Kühlschrank, er bewacht auch noch die Wohnung.

In einem nächsten Schritt will Petersen erforschen, wie der Schutz durch die Bakterientoxine im Detail funktioniert. Für einen der Giftstoffe konnte bisher nachgewiesen werden, dass er tatsächlich im Gewebe der Muschel freigesetzt wird. “Unsere Ergebnisse geben der Forschung über die Rolle von Parasiten und Krankheitserregern in der Tiefsee ganz neue Impulse”, so Petersen, die seit Kurzem eine Nachwuchsgruppe an der Universität Wien leitet.

“Wir kennen bis heute keinen Krankheitserreger, der so viele vermeintlich schädliche Substanzen produziert”, fügt Liz Sayavedra hinzu. “Wer weiß – vielleicht stellen wir eines Tages fest, dass manche Gene, die heute als Giftproduzenten gelten, ursprünglich eine ganz förderliche Rolle in einer solchen Partnerschaft spielten.”

FA/HR

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