Erbgut des geheimnisvollen Nitrospira-Bakteriums entschlüsselt [idw]

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Informationsdienst Wissenschaft - idw - Pressemitteilung
Universität Wien, Alexander Dworzak, 13.07.2010 10:33

Erbgut des geheimnisvollen Nitrospira-Bakteriums entschlüsselt

Ein internationales ForscherInnenteam unter der Leitung von Holger
Daims und Michael Wagner vom Department für Mikrobielle Ökologie der
Universität Wien hat das Erbgut von Nitrospira entschlüsselt. Dabei
handelt es sich um eines für den Stickstoffkreislauf der Natur und die
Abwasserreinigung wichtiges Bakterium. Im Rahmen dieses vom Wiener
Wissenschafts-, Forschungs- und Technologiefonds geförderten
Forschungsprojekts wurden unerwartete Eigenschaften von Nitrospira
entdeckt und überraschende Einblicke in die Evolution des
Stickstoffkreislaufs gewonnen.

 

Die Ergebnisse erscheinen in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift PNAS.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde der Haber-Bosch-Prozess zur
industriellen Herstellung von Ammoniak erfunden. Etwa 100 Millionen
Tonnen des so hergestellten Ammoniaks werden jährlich zur Produktion
von stickstoffhaltigen Düngern für die Landwirtschaft verwendet. Ihr
Einsatz trägt wesentlich zur Ernährung der Weltbevölkerung bei, führt
aber andererseits zur Überfrachtung von Böden und Gewässer mit
Stickstoff, dem Verschwinden empfindlicher Tier- und Pflanzenarten
sowie zur Eutrophierung – dem "Umkippen" – von Gewässern.

 

Hinzu kommen Stickstoffverbindungen aus anderen industriellen Prozessen

und Haushaltsabwässern.

Nitrospira spielt bei Abwasserreinigung wichtige Rolle

Die Folgen dieser Belastung für die natürlichen Systeme des
Stickstoff-Recyclings, den so genannten Stickstoffkreislauf, sind noch
weitgehend unbekannt. Ein wesentlicher Teil dieses Kreislaufs ist die
Nitrifikation – die Oxidation von Ammoniak zu Nitrit und weiter zu
Nitrat – welche nur von Mikroorganismen durchgeführt wird. Für den
zweiten Schritt der Nitrifikation sind hauptsächlich Nitrit
oxidierende Bakterien der Gattung Nitrospira verantwortlich.

 

Sie spielen auch in Kläranlagen eine entscheidende Rolle, da die
Nitrifikation unverzichtbarer Teil der biologischen Abwasserreinigung ist.

Bislang wusste man sehr wenig über die Biologie dieser so wichtigen
Mikroben, denn die Zucht von Nitrospira im Labor ist extrem schwierig.
Einem Team von ForscherInnen aus Österreich, Frankreich, Deutschland
und den Niederlanden ist nun mit Hilfe eines metagenomischen Ansatzes
erstmals die Analyse des Erbguts eines Nitrospira-Bakteriums aus einer
Kläranlage gelungen.

Nitrospira – äußerst effizientes Bakterium

Zu den überraschenden Ergebnissen dieser Studie zählt, dass die
biochemischen Systeme zur CO2-Fixierung und Nitrit-Oxidation von
Nitrospira effizienter als die anderer Nitrit oxidierender Bakterien
sind, was die Schlüsselrolle von Nitrospira in der Natur erklärt.
Zudem kann Nitrospira lebensnotwendige Energie nicht nur aus Nitrit,
sondern auch aus einigen Kohlenstoffverbindungen beziehen und giftige
Chlorverbindungen abbauen.

Neue Erkenntnisse zur Evolution des Stickstoffkreislaufs

Vergleiche des Erbguts von Nitrospira mit dem anderer Nitrit
oxidierender Bakterien zeigen, dass die Nitrit-Oxidation sich im Lauf
der Evolution mehrfach unabhängig entwickelt hat.

 

Wichtige Gene teilt Nitrospira sogar mit Bakterien, die einen ganz anderen

Schritt des Stickstoffkreislaufs durchführen.

 

Demnach ist die Evolution des Stickstoffkreislaufs wesentlich komplexer

verlaufen als bisher bekannt.

 

Die neuen Einblicke in die Biologie von Nitrospira sind Basis weiterer Studien

mit dem Ziel, die Folgen menschlichen Handelns für den Stickstoffkreislauf besser

einzuschätzen  und die Abwasserreinigung zu optimieren.

Publikation

Die Ergebnisse werden seit 12. Juli 2010 in PNAS Early Edition
(www.pnas.org) und anschließend in der Druckausgabe der
Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht. Titel: A Nitrospira metagenome
illuminates the physiology and evolution of globally important
nitrite-oxidizing bacteria. Die Autoren der Publikation sind Sebastian
Lücker, Michael Wagner, Frank Maixner, Eric Pelletier, Hanna Koch,
Benoit Vacherie, Thomas Rattei, Jaap S. Sinninghe Damsté, Eva Spieck,
Denis Le Paslier und Holger Daims.

Kontakt
Univ.-Ass. Dipl.-Biol. Dr. Holger Daims
Department für Mikrobielle Ökologie
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14
T +43-1-4277-543 92
<holger.daims@univie.ac.at>

Rückfragehinweis
Mag. Veronika Schallhart
Öffentlichkeitsarbeit
Universität Wien
1010 Wien, Dr.-Karl-Lueger-Ring 1
T +43-1-4277-175 30
M +43-664-602 77-175 30
<veronika.schallhart@univie.ac.at>

Arten der Pressemitteilung:
Forschungsergebnisse
Wissenschaftliche Publikationen

Sachgebiete:
Umwelt / Ökologie

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