Posted in: Biologie, Chemie 2. Dezember 2010 20:00 Weiter lesen →

Elektrisierende Evolution

Foto zeigt Profilansicht einer jungen blonden Frau, ein Glasfläschchen betrachtend, in dem rote Klumpen in klarer Flüssigkeit schwimmen Bakterien sind nicht die Einzelgänger, für die sie lange gehalten wurden. Ganz im Gegenteil, zeigt ein Evolutionsexperiment einer amerikanischen Forscherin. In dessen Verlauf schlossen sich zwei unterschiedliche Bakterienarten elektrisch zusammen und legten als Resultat ein besonders rasches Wachstum an den Tag.

Foto: Copyright Science/AAAS

Eines der beiden Bakterien „lernte“ im Laufe des Experiments, Elektronen direkt auf das andere Bakterium zu übertragen, berichtet die Gruppe um Zarath Summers und Derek Lovley von der University of Massachusetts im Magazin „Science“. Auf diese Weise eröffneten sich beiden Mikroben neue und einträgliche Stoffwechselwege. „Wir vermuten, dass auch natürlicherweise auftretende Bakterienaggregate häufig auf die Elektronenübertragung zwischen verschiedenen Spezies setzen“, so Lovley.

Summers führte ihr Experiment mit zwei Vertretern der Bakteriengattung Geobacter durch. Diese Gattung ist bereits bekannt für ihre Fähigkeit, elektrische Kontakte zur Umgebung auszubilden und sich so beispielsweise Metalle, Mineralien oder Schadstoffe für die Energiegewinnung zu erschließen. In diesem Fall standen reichlich Ethanol und Fumarsäure als Nährstoffe zur Verfügung.

Eine der beiden Bakterienspezies, Geobacter metallireducens, kann den Alkohol unter Freisetzung von Wasserstoff zu Essigsäure umsetzen. Die andere Spezies, Geobacter sulfurreducens, kann mit den Elektronen dieses Wasserstoffs wiederum die Fumarsäure zu Bernsteinsäure reduzieren.

Nahaufnahme roter Klumpen in klarer, farbloser Flüssigkeit, Einschub zeigt Mikroskopaufnahme einer rot und grün fluoreszierenden Masse In den Aggregaten sind die beiden Geobacter-Arten eng vergesellschaftet. Im Einschub ein mikroskopischer Schnitt durch eines der Aggregate, angefärbt mit fluoreszierenden Sonden gegen G. metallireducens (grün) und G. sulfurreducens (rot), Größenmaßstab: 25 µm. Foto: Copyright Science/AAAS

Die beiden Bakterien können die beiden Nährstoffe im großen Stil nutzen, wenn sie zusammenarbeiteten. Bei Versuchsbeginn benötigte die gemeinschaftliche Kultur allerdings noch gut einen Monat, um den Alkohol abzubauen. Mit jeder neuen Kultur-Generation – erzeugt durch Übertragen eines kleinen Teils der alten Kultur in frisches Medium – wurde die Kooperation jedoch enger. Schließlich benötigte die Kultur nur noch vier Tage für den Abbau des Alkohols. Außerdem fanden die zuvor einzelgängerischen Bakterien nun zu dichten purpurfarbenen Gebilden zusammen.

Dass Bakterien untereinander Wasserstoff austauschen können, ist seit langem bekannt. Zur Verblüffung Summers‘ und ihrer Kollegen entwickelte sich die Kooperation aber auch dann, wenn der Wasserstoffaustausch durch einen Gendefekt blockiert war, und das sogar besonders schnell. Der Grund für dieses Phänomen: Eines der Bakterien produzierte im Laufe des Versuchs immer mehr Cytochrom-Proteine als Elektronenüberträger und spickte damit seine fadenförmigen Zellanhänge. Auf diese Weise konnte es sich mit dem anderen Bakterium elektrisch zusammenschließen und die nötigen Elektronen auch ohne den Umweg über den Wasserstoff übertragen.

Forschung: Zarath M. Summers, Heather E. Fogarty und Derek R. Lovley, Department of Microbiology, University of Massachusetts, Amherst; und andere

Veröffentlichung Science, Vol. 330, 3. Dezember 2010, pp 1413-5, DOI 10.1126/science.1196526

WWW:
Geobacter Project, Derek Lovley
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