(Submarine ROF 2006/NOAA Vents Program/Flickr/CC BY 2.0) Eine merkwürdige Bakterienart, die auf dem Boden der Tiefsee gefunden wird, könnte einen Stoffwechsel haben, der anders ist als alles, was wir bisher gesehen haben.
Bekannt als Acetobacterium woodii, Wissenschaftler in Deutschland behaupten, dass diese Art, die auch im Darm von Termiten lebt, selbst Wasserstoff und Kohlendioxid erzeugen und nutzen kann, um Energie zu erzeugen, auch ohne Sauerstoff.
Die Fähigkeit, ohne Sauerstoff sowohl auf organischen als auch anorganischen Substanzen zu überleben, macht dieses Bakterium unter den Mikroorganismen einzigartig, und obwohl Wissenschaftler schon lange vermutet haben, dass so etwas existiert, wurde es bei ihnen nie eindeutig beschrieben acetogene Bakterien , die sauerstofffreies Methan produzieren.
„Es gab bereits Spekulationen, dass viele alte Lebensformen über die Art von Stoffwechsel verfügen, die wir beschrieben haben.“ A. woodii ,‘ Mikrobiologe Volker Müller von der Goethe-Universität Frankfurt erklärt .
„Dies wird beispielsweise für die angenommen Asgard-Archaeen die erst vor ein paar Jahren auf dem Meeresboden vor Kalifornien entdeckt wurden. „Unsere Untersuchungen liefern den ersten Beweis dafür, dass diese Stoffwechselwege tatsächlich existieren.“
Hydrothermale Quellen wurden erst Ende der 70er Jahre entdeckt und seitdem ist uns klar geworden, dass diese seltsamen Lebensräume komplexe und dynamische Lebensformen beherbergen, darunter auch: mehrere Zentimeter dicke Bakterienmatten , die sich von anorganischen Verbindungen wie Wasserstoff und Sulfid ernähren, wenn sie durch den Untergrund aufsteigen.
Tatsächlich könnte dies der Fall sein eines der größten Reservoire verschiedener wasserstoffumwandelnder Mikroorganismen Es gibt sie auf der Welt, und daher geht man davon aus, dass einige dieser Lebewesen über Stoffwechselsysteme verfügen, die anders sind als alles, was wir bisher gesehen haben.
Tatsache ist, dass überschüssiger Wasserstoff den Fermentationsprozess hemmt und selbst die schwächsten Hydrothermalquellen leicht die Werte überschreiten, die für die Unterbringung fermentierender Bakterien erforderlich sind. Wie kommt es also, dass solche Mikroben hier unten existieren?
Offenbar liegt die Antwort darin, zusammenzuhalten. Wenn sich ein Bakterium, das Wasserstoff produziert, mit einem anderen Mikroorganismus zusammenschließt, der Wasserstoff oxidiert, wie z. B. methanproduzierende Archaeen, kann letzterer gute Umweltbedingungen für das Leben und die Fortpflanzung des ersteren aufrechterhalten.
(Adam und Perner, Frontiers in Microbiology, 2018)
Es ist eine hilfreiche kleine Freundschaft – oder syntrophisch Beziehung - tief unter dem Meer, aber obwohl dies wahrscheinlich die vorherrschende Art der Gärung ist, die in diesen Umgebungen auftritt, ist es möglicherweise nicht die einzige.
Die neue Analyse behauptet im Wesentlichen, einen Mikroorganismus gefunden zu haben, der beide Rollen in nur einer Bakterienzelle übernehmen kann.
'Im Gegensatz, A. woodii „vereint die Stoffwechselmerkmale zweier syntrophischer Partner in einer Bakterienzelle“, so die Autoren der Analyse daraus schließen .
„Abhängig von den Umgebungsbedingungen.“ A. woodi „Ich kann die Rolle des gärenden Partners spielen … oder des wasserstoffverbrauchenden Partners.“
Es ist unklar, wie genau die Bakterien dies erreichen, aber die Autoren postulieren, dass ein Weg organische Substrate zu Essigsäure, Alkoholen und molekularem Wasserstoff fermentiert, während ein anderer Weg als „Elektronensenke“ für die äußere Umgebung fungiert und die Fermentation durch die Bildung von Essigsäure energetisch ermöglicht Säure aus CO2 und Wasserstoff.
Durch das Ausschalten des Gens, das das für die Wasserstoffproduktion verantwortliche Enzym steuert, stellten die Forscher fest, dass das Bakterium nur dann auf einem Fruktosesubstrat wachsen konnte, wenn externer Wasserstoff hinzugefügt wurde. Weitere Tests ergaben, dass beide Wege mit Wasserstoff verbunden sind, der die Zelle nicht verlässt.
Während dieser doppelte Stoffwechsel auch bei anderen Bakterien vorkommen kann, ist das System weitaus seltener. A. woodii hat eine niedrigere Wasserstoffschwelle und kann durch die Umwandlung von CO2 in Methan nicht so viel Energie produzieren wie methanogene Archaeen.
Das bedeutet, dass aktive acetogene Bakterien an diesen Entlüftungsöffnungen wahrscheinlich weniger häufig vorkommen, und das könnte der Grund dafür sein, dass sie unserer Aufmerksamkeit bisher entgangen sind.
„Obwohl das ‚Wasserstoffrecycling‘, das wir entdeckt haben, A. woodii verfügt über ein Höchstmaß an metabolischer Flexibilität“, sagt eine aus dem Team, die molekulare Mikrobiologin Anja Wiechmann.
„In einem Zyklus kann es Wasserstoff sowohl selbst erzeugen und nutzen als auch Wasserstoff aus externen Quellen nutzen.“
Die Studie wurde veröffentlicht in Das ISME Journal .