Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

Enzymkomplexe ermöglichen Archaeen den Abbau von Ethan

Forschenden gelingt ein Durchbruch in der wissenschaftlichen Bildgebung

Forschende entdecken Würmer und Schnecken in Hohlräumen und Höhlen in der Umgebung von Hydrothermalquellen

Forschende entdecken unterschiedliche ökologische Nischen für Bakterien im Sediment

Ein Bakterium befällt Tiefseemuscheln und vermehrt sich in deren Zellen

Mikroorganismen im Meer sind von unschätzbarem Wert für die Stoffkreisläufe auf der Erde: Sie machen die Ozeane so zu Klimapuffern. Katrin Knittel vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen untersucht mit ihrem Team die Bakteriengemeinschaften im Meeresboden einer besonders unwirtlichen Gegend: der Arktis.

Max-Planck-Forschende kooperieren mit Partnern in mehr als 120 Ländern. Hier schreiben sie über ihre persönlichen Erfahrungen und Eindrücke. Christina Bienhold vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen war auf dem Forschungseisbrecher Polarstern für zwei Monate in der zentralen Arktis unterwegs. Als Co-Fahrtleiterin der ArcWatch-1-Expedition erreichte sie im Sommer 2023 den Nordpol.

Die Tiefseemuschel Bathymodiolus azoricus ist eine Verwandte der essbaren Miesmuschel. Sie besiedelt sogenannte Schwarze Raucher – hoch aufragende Schlote auf dem Meeresboden, aus denen bis zu 400 °C heißes, mineralreiches Wasser ausströmt.

Am Bremer Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie lüften die Abteilungen von Marcel Kuypers und Nicole Dubilier die Geheimnisse von Seegraswiesen. Mit erstaunlichen Entdeckungen: Nicht nur an Land, sondern auch im Meer spielen Mikroorganismen eine entscheidende Rolle für Fitness, Produktivität und Stoffflüsse der Pflanzen.

Es gibt kein Leben ohne Viren. Auf der Erde zumindest scheint kein Organismus von ihnen verschont zu werden. Susanne Erdmann und ihr Team vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen erforschen die Viren von Archaeen, winzigen Einzellern ohne Zellkern. Dabei untersuchen die Forschenden virusähnliche DNA-Elemente, die erklären könnten, wie Viren eigentlich entstanden sind.

Die häufigste Bakteriengruppe im Meer sind SAR11-Bakterien. Sie stellen im Schnitt etwa ein Drittel aller Bakterien und sind als langsam wachsend bekannt. Wir beobachteten, dass sie sich während einer Frühjahrsalgenblüte vor Helgoland sehr schnell teilten, aber in ihrer Gesamtzahl abnahmen. Das war ungewöhnlich, da Zellzahlen und Wachstumsraten oft eng miteinander gekoppelt sind. Vermutlich wurde SAR11 stark bejagt und konnte die Verluste trotz starken Wachstums nicht kompensieren. Unsere Ergebnisse zeigen: Genaue mikroskopische Beobachtungen sind und bleiben für ökologische Studien wichtig.

Seegraswiesen sind wichtige Küstenökosysteme, die durch Photosynthese große Mengen an Kohlenstoff aufnehmen, obwohl sie nur eine kleine Fläche des Ozeans bedecken. Einen Teil des Kohlenstoffs geben sie über ihre Wurzeln als Zucker in den Meeresboden ab; die Mengen an Zucker sind verblüffend groß. Die Seegräser betreiben vermutlich eine Art Überfluss-Stoffwechsel. Gleichzeitig hindern vom Seegras stammende Phenole Mikroorganismen im sauerstoffarmen Sediment daran, den Zucker direkt abzubauen.

Viren sind ein unverzichtbarer Bestandteil der Natur. Sie sind wichtig für ihre Wirte ebenso wie für unsere Ökosysteme. Wir haben ein neues prokaryotisches Virus-Wirt-Modellsystem etabliert, bei dem das Virus seinen Wirt nicht tötet, sondern eine langfristige chronische Infektion verursacht. Chronische Infektionen sind bei Eukaryoten bekannt, wurden bei Prokaryoten bisher aber nur vereinzelt entdeckt und sind wenig verstanden. Das Modellsystem ermöglicht uns nun, diese Art der Infektion in einem prokaryotischen Wirt im Detail zu untersuchen und ihre Bedeutung für den Wirt zu ergründen.

Während unsere moderne Gesellschaft noch nach neuen Verfahren sucht, um Treibhausgase umzuwandeln und Biokraftstoffe zu produzieren, beherrschen Mikroben auf dem Meeresboden diese anspruchsvolle Herausforderung seit Milliarden von Jahren. Sie nutzen dafür einzigartige, bisher weitgehend unbeschriebene Strategien. Wir wollen nicht nur die grundlegenden Vorgänge hinter diesen einfachen, exotischen Stoffwechseln verstehen, sondern auch, wie sie auf atomarer Ebene ablaufen. Auf der Spur dieser molekularen Geheimnisse werden sich ganz neue Möglichkeiten biotechnologischer Anwendungen auftun.

Mikroorganismen, die Stickstoff umsetzen, kontrollieren die biologische Verfügbarkeit dieses Elements, das für viele Biomoleküle, etwa Proteine, erforderlich ist. Wenn wir verstehen, wie Mikroben verschiedene Stickstoffverbindungen ineinander umwandeln, verstehen wir auch, wie der Stickstoffkreislauf derzeit funktioniert und in Zukunft ablaufen könnte. In unserer Forschung beschreiben wir Mikroben, die Stickstoff umsetzen, in molekularem Detail und suchen nach neuen biochemischen Prozessen im Stickstoffkreislauf, der einen immensen Einfluss auf die Erderwärmung und Gewässerverschmutzung hat.