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Elektronenmikroskopische Aufnahme von Bakterienzellen bei 70.000-facher Vergrößerung

Bakterien lassen es "knallen"

Seit sie aus einem rostigen Heizungsrohr in Moskau isoliert wurden, glaubte man, dass die Stickstoff-Bakterien "Nitrospira moscoviensis" unbedingt Nitrit als Energiequelle brauchen. Wiener Forscher fanden nun heraus: Sie nutzen auch Wasserstoff - und treiben damit eine Knallgas-Reaktion an.

Stoffwechsel 28.08.2014

"Dies ermöglicht den Bakterien ein Wachstum unabhängig von Nitrit und damit ein Leben entkoppelt vom Stickstoffkreislauf", sagt Studienleiter Holger Daims vom Department für Mikrobiologie und Ökosystemforschung der Universität Wien.

Auf diese Weise erobern die Mikroben zusätzliche ökologische Nischen. Denn mit Wasserstoff als Energiequelle können sie Nitrit-lose Zeiten gut überdauern und sind zur Stelle, wenn wieder Nitrit zur Verfügung steht.

Die Studie

"Growth of nitrite-oxidizing bacteria by aerobic hydrogen oxidation", Science, (28.8.2014; doi: 10.1126/science.1256985).

Nitrit-oxidierende Bakterien seien deshalb wichtige Akteure im Stickstoffkreislauf, weil sie giftiges Nitrit zu harmloserem Nitrat umsetzen, schreiben die Forscher. "Der Mensch macht sich dies in der biologischen Abwasserreinigung zunutze", so Daims' Mitarbeiterin Hanna Koch. Das gebildete Nitrat nütze aber auch anderen Mikroben und sei eine Stickstoffquelle für viele Pflanzen.

Fremde Gene "aufgeschnappt"

Die Forscher hatten das Erbgut von "Nitrospira moscoviensis" Bakterien sequenziert und dabei Gene (namens "hup") entdeckt, mit denen andere Arten Wasserstoff als Energieträger aufnehmen. Sie untersuchten daraufhin, ob auch diese Bakterien in der Lage sind, Wasserstoff mit Sauerstoff zu oxidieren, um in der sogenannten Knallgas-Reaktion Energie zu gewinnen.

Tatsächlich konnten die Bakterien ohne Nitrit wachsen, wenn ihnen Wasserstoff und Sauerstoff zur Verfügung stand, berichten sie. "Der erste direkte Hinweis, dass Wasserstoff von den Bakterien oxidiert wird, war, dass er mit der Zeit immer weniger wurde, wenn die Bakterien aktiv waren", erzählt Koch. Außerdem wiesen die Forscher nach, dass die Bakterien Wasserstoff benötigen, um Kohlendioxid aufzunehmen und in ihre Zellsubstanz einzubauen, wenn kein Nitrit vorhanden ist.

"Theoretisch sollten sie aus der Oxidation von Wasserstoff sogar mehr Energie gewinnen, als von Nitrit", meint Koch. Die Bakterien könnten aber auch beides gleichzeitig bewerkstelligten, wie sich in der Studie gezeigt habe.

Den "hup"-Genlokus hat Nitrospira wahrscheinlich nicht von seinen Ahnen geerbt, sondern durch "horizontalen Gentransfer" von anderen Bakterienarten "aufgeschnappt", meinen die Forscher. Es gäbe aber auch Hinweise im Erbgut von anderen Nitrit-oxidierenden Bakterien (außerhalb der Gattung Nitrospira), dass sie Gene, die für die Wasserstoff-Oxidation benötigt werden, besitzen, so Koch. Als nächsten Schritt möchten die Forscher herausfinden, welche Rolle Wasserstoff für diese Bakterien in der Umwelt spielt.

science.ORF.at/APA

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