Süßwasserbakterien bringen alte Energiekonzepte ins Wanken

Bisher unbekannte Funktion von Actinobakterien entdeckt

Jüngste Forschungen unter Beteiligung des Mikrobiologen Martin Hahn vom Institut für Limnologie der ÖAW in Mondsee zeigen, dass Actinobakterien in Seen und Flüssen einen sehr großen Anteil der Süßwasserbakterien stellen und eine bisher, in Süßgewässern, unbekannte ökologische Funktion ausüben.

Foto: Unterschiedliche Actinobakterienkulturen mit Actinorhodopsin-Genen.

Bis vor wenigen Jahren hatte man vermutet, dass Actinobakterien in Seen und Flüssen kaum vorhanden sind und keine wichtige, ökologische Rolle spielen. Jüngste Forschungen zeigen jedoch, dass diese Bakterien einen sehr großen Anteil der Süßwasserbakterien stellen und eine bisher, in Süßgewässern, unbekannte ökologische Funktion ausüben. Durch ihre Fähigkeit Sonnenlicht zu nutzen, werden alte Konzepte zum Energie- und Kohlenstofffluss in Seen in Frage gestellt. Die jüngsten Forschungsergebnisse dazu wurden von einem internationalen Forscherteam unter Beteiligung des Mikrobiologen Martin Hahn vom Institut für Limnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Mondsee im renommierten ISME-Journal publiziert.

Actinobakterien: heimisch in österreichischen Seen

Actinobakterien gehören zur Gruppe der gram-positiven Bakterien, in der sowohl Krankheitserreger als auch Bakterien, die in der Lebensmitteltechnologie von großem Nutzen sind, vertreten sind. Wegen geringer Kultivierungserfolge hatte man bis Mitte der 1990er Jahre angenommen, dass in Teichen und Seen vernachlässigbar wenige gram-positive Bakterien und damit auch wenige Actinobakterien zu finden seien. Daher hatte man vermutet, dass sie hauptsächlich in terrestrischen Lebensräumen vorkommen. Neuere Untersuchungen mit molekularen Methoden im Freiland korrigieren diese Meinung. Manche Actinobakterienarten kommen sogar ausschließlich im Süßwasser vor und machen dann bis zu 60 Prozent des Süßwasserplanktons aus.

Ein internationales Forscherteam aus Kanada, den USA, Tschechien und Österreich verglich Süßwasser-Actionbakterien aus Afrika, China, Nordamerika, den Galapagos Inseln und Österreich. Dabei wurde entdeckt, dass diese in extrem unterschiedlichen Biotopen existieren können. Die Bandbreite des Vorkommens reicht dabei von sauren und alkalischen Seen über Seen in mehr als 4400 Meter Seehöhe bis zu Brackwasserbereichen, wobei die Bevorzugung von Actinobakterien jedoch im alkalischen Bereich zu liegen scheint.

Eine wesentliche Basis für diese Forschungen wurde von Martin Hahn vom ÖAW Institut für Limnologie gelegt. Ihm gelang es vor einigen Jahren, die Actinobakterienart Planktophila limnetica erstmals erfolgreich zu kultivieren und die molekularen Ergebnisse zu bestätigen. Als Ansatz diente eine Probe aus dem Salzburger Seengebiet. Martin Hahn: "Actinobakterien sind typische Vertreter der österreichischen Seen, auch im Salzkammergut sind sie heimisch."

Sonderweg in der Ernährung

Bisher wurde angenommen, dass sich der Großteil der, im Süßwasser vorkommenden, Organismen heterotroph ernährt. Das bedeutet, dass sie zur Ernährung auf organisches Material als Energie- und Kohlenstoffquelle angewiesen sind. Nur Cyanobakterien, sogenannte Blaualgen, und echte Algen können hingegen Sonnenlicht durch Photosynthese in nutzbare Energie umwandeln und verwenden dabei Chlorophyll. Actinobakterien könnten hier einen Sonderweg eingeschlagen haben: "Durch die Hilfe des Farbstoffes Actinorhodopsin, der eine strukturelle Ähnlichkeit mit dem Augenfarbstoff Rhodopsin aufweist, haben sie offensichtlich eine noch zusätzliche Möglichkeit zur Energiegewinnung gefunden", so Hahn.

Erste Hinweise für die Verwendung von Rhodopsin als Energiequelle entdeckten amerikanische Wissenschafter vor neun Jahren in der Oberflächenschicht der Meere. Einzeller können mit Membranproteinen und Rhodopsin Sonnenlicht nutzen und so Ionen durch die Zellmembran pumpen. Bei der in der Zelle ablaufenden Synthese wird Energie produziert. Unter Lichteinfluss zeigen diese marinen Bakterien in der Folge eine höhere Wachstumsrate. Wenn sich diese besondere Art der Energiegewinnung nun auch im Süßwasser lebende Bakterien zu eigen gemacht haben, müssten alte Konzepte des Energieflusses im Gewässer in Frage gestellt werden.


Publikation:
Sharma, A.K., Sommerfeld, K., Bullerjahn, G.S., Matteson, A.R., Wilhelm, S.W., Jezbera, J., Brandt, U., Doolittle, W.F. and Hahn, M.W. (2009): Actinorhodopsin genes discovered in diverse freshwater habitats and among cultivated freshwater Actinobacteria. The ISME Journal 3: 726-737.
doi:10.1038/ismej.2009.13


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