Eine neue Studie, die in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, untersucht die entscheidende Rolle von sulfatreduzierenden Bakterien (SRB) im Abbau organischer Substanzen im Meeresboden. Die Forschungsarbeiten wurden von Dr. Lars Wöhlbrand und Prof. Dr. Ralf Rabus von der Universität Oldenburg geleitet. Diese Mikroben, insbesondere die Familie Desulfobacteraceae, sind in sauerstofffreien Zonen der Erde aktiv und tragen erheblich zur Produktion von Kohlendioxid (CO2) bei.
Die Desulfobacteraceae verfügen über einen modularen Stoffwechsel, der es ihnen ermöglicht, eine Vielzahl organischer Moleküle zu nutzen. In der Studie wurden sechs verschiedene Stämme dieser Bakterien kultiviert und umfassend getestet. Den Mikroben wurden 35 unterschiedliche Nahrungsstoffe gegeben und sie wurden unter 80 spezifischen Bedingungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die verschiedenen Arten des Metabolismus ähnliche molekulare Werkzeuge für den Abbau verwenden. Dies erklärt die global verbreitete und flexible Natur der Desulfobacteraceae.
Rolle der Bakterien im Kohlenstoffkreislauf
Gemäß den Schätzungen übernehmen sulfatreduzierende Bakterien mehr als die Hälfte des Abbaus von organischem Material in küstennahen Gewässern und Schelfgebieten. Ihre Aktivität führt zur Bildung von Schwefelwasserstoff und schwarzem Eisensulfid im Sediment. Trotz ihrer Bedeutung wird die Rolle der Desulfobacteraceae im Kohlenstoffkreislauf oft unterschätzt. Die genetischen Marker bestimmter Schlüsselmodule wurden in Sedimentproben nachgewiesen, die aus verschiedenen marinen Lebensräumen stammen.
Ein besonders bemerkenswerter Stamm, Desulfococcus multivorans, hat ein vollständiges Genom, das aus einem einzelnen, zirkulären Chromosom mit 4,455,399 Basenpaaren besteht. Dies reicht in der Größe von anderen SRB wie Desulfotalea psychrophila bis zu Desulfobacterium autotrophicum HRM2. Die Genomanalyse hat nicht nur Gene für tRNA und rRNA identifiziert, sondern auch zahlreiche Gene, die mit der volkswirtschaftlichen Diversität und Anpassungsfähigkeit dieser Bakterien verbunden sind.
Metabolische Flexibilität
Die Studie hebt hervor, dass SRB nicht nur Sulfat, sondern auch eine Vielzahl schwer abbaubarer organischer Verbindungen umsetzen können. Die metabolische Rekonstruktion von D. multivorans zeigt, dass diese Bakterien in der Lage sind, aromatische und aliphatische Substrate abzubauen, die über den Wood-Ljungdahl-Weg zu CO2 oxidiert werden. Dabei nutzen sie eine Vielzahl von Enzymen, die für die β-Oxidation benötigt werden und reagieren anpassungsfähig auf Sauerstoffstress.
Die Vielfalt der Enzyme und die hohe Abdeckung der Proteomanalysen deuten auf eine robuste metabolische Kapazität hin, die diese Bakterien in der Lage sind zu entwickeln. Diese Ergebnisse können eine entscheidende Rolle im Verständnis der Auswirkungen des Klimawandels auf marine Ökosysteme spielen. Mit einem sinkenden Sauerstoffgehalt in den Ozeanen könnte die Bedeutung von SRB beim Abbau organischer Stoffe weiter zunehmen.
Diese Forschung bietet nicht nur neue Einblicke in die biologischen Abläufe, die den Kohlenstoffkreislauf unterstützen, sondern eröffnet auch Perspektiven für zukünftige Studien, die den mikrobiellen Stoffwechsel auf genetischer Ebene verstehen möchten. Die Desulfobacteraceae stehen somit nicht nur als Schlüsselfaktoren im Kohlenstoffabbau im Fokus, sondern zeigen auch eindrucksvoll die Plastizität und Anpassungsfähigkeit mikrobiellen Lebens in komplexen Ökosystemen auf.
Die umfassenden Untersuchungen zur Verbreitung, den Stoffwechselprozessen und der ökologischen Bedeutung der Desulfobacteraceae tragen dazu bei, unser Verständnis der Kohlenstoffdynamik und deren Wechselwirkungen mit der Ozeanchemie zu vertiefen. Die im Rahmen dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse könnten weitreichende Auswirkungen auf das Verständnis der marinen Mikrobenökologie und den globalen Kohlenstoffkreislauf haben.
uol.de berichtet, dass … und PMC erklärt grundlegende genetische Aspekte … und sigmaearth erweitert den Kontext zur Rolle von SRB …
