Nach jahrelangen Forschungen: Wiener Wissenschafter knacken Einzeller-Erbgut

Das Erbgut eines rätselhaften Einzellers haben Mikrobiologen der Uni Wien entschlüsselt. Die Anammox-Bakterien sind erst seit wenigen Jahren bekannt und können im Labor in Reinkultur nicht nachgezüchtet werden. Daher mussten Bruchstücke der Erbsubstanz aus einer Probe, die Millionen DNA-Stücke von anderen Bakterien enthielt, herausgesucht und regelrecht zusammengepuzzelt werden. Das Besondere an dem Einzeller ist ein bei keinem anderen Lebewesen beobachteter Stoffwechsel, der sowohl globale Bedeutung hat, als auch für die Abwasserreinigung genutzt werden könnte, berichtet das Wissenschaftsmagazins "nature" in seiner neuen Ausgabe.

Anammox-Bakterien besitzen die einzigartige Fähigkeit, ohne Sauerstoff Ammonium in Luftstickstoff umzuwandeln. Bereit 1977 sagte der Wiener Physikochemiker Engelbert Broda auf Grund theoretischer Überlegungen die Existenz solcher Einzeller voraus. Doch seine Hypothese blieb lange Zeit umstritten, erst 1999 gelang niederländischen Forschern der Nachweis. Kurz darauf konnte ein Team um Michael Wagner vom Department für Mikrobielle Ökologie der Universität Wien mit Hilfe molekularer Methoden erstmals ein Anammox-Bakterium in einer Kläranlage direkt nachweisen.

Für Abwasserreinigung nützlich?
Mittlerweile weiß man, dass diese Bakterien-Art in großer Zahl im Meer vorkommt und über die Hälfte des Stickstoffs in der Erdatmosphäre produziert. "Anammox-Bakterien haben aber nicht nur für das Ökosystem Erde globale Bedeutung, sie könnten auch in der Abwasserreinigung von Nutzen sein", so Wagner. Sie könnten in speziellen Reaktoren einer Kläranlage zur Entfernung von Stickstoffverbindungen eingesetzt werden.

Einsatz in Stickstoffabbau denkbar
Derzeit muss Ammonium, ein Abbauprodukt von Harnstoff, das in hoher Konzentration in Kläranlagen vorkommt, sehr aufwändig in zwei Verfahrensschritten in zwei Klärbecken abgebaut werden. Notwendig ist dies, weil es andernfalls zu einer Belastung der Gewässer mit Ammonium und Nitrat und damit zur Überdüngung kommt.

Jahrelange Forschungen
Bereits 2000 schlug Wagner vor, das Genom des Bakteriums zu entschlüsseln, stieß mit dem Vorhaben aber auf große Skepsis. Es schien unmöglich, die Erbsubstanz eines Einzellers aus einer Probe, die eine Vielzahl verschiedener Bakterien enthält, zusammenzusetzen. In einem 37 Wissenschafter umfassenden Konsortium, an dem neben Wagner auch Forscher aus den Niederlanden, Frankreich und Deutschland beteiligt waren, ging man dennoch ans Werk.

Erbgut fast zur Gänze entschlüsselt
Nach sechs Jahren hat man nun 98,5 Prozent des Erbguts entziffert. Dafür mussten aus einer Probe 500 Millionen Nukleotide, die Bausteine der Erbsubstanz, identifiziert werden. Vier Millionen davon konnten schließlich dem Anammox-Bakterium zugeordnet werden. Zu Beginn des Projekts war nur ein Stück eines einzigen Gens des Mikroorganismus bekannt.

Bakterie kann auch Eisen atmen
Zur Überraschung der Forscher ist das Anammox-Genom wesentlich größer als ursprünglich angenommen. Es ist ein erstaunlich komplexes Bakterium, das physiologisch wesentlich vielseitiger ist, als die Wissenschafter ursprünglich vermutet hatten. Der Einzeller kann eine Vielzahl unterschiedlicher Verbindungen als Energiequelle nützen und auch Metallionen wie Mangan oder Eisen "veratmen".

Mit Krankheitserregern verwandt
Die Wiener Wissenschafter zeigten auch, dass die Bakterien relativ nahe mit den Chlamydien verwandt sind, die zu den am weitesten verbreiteten Krankheitserregern beim Menschen gehören. Eine der spannenden Fragen für die zukünftige Forschung, so Wagner, sei es herauszufinden, durch welche Evolutionsschritte es den Anammox-Bakterien bzw. den Chlamydien gelungen ist, ausgehend von einem gemeinsamen Vorfahren solch unterschiedliche Ökosysteme wie die Weltmeere beziehungsweise den Menschen zu besiedeln. (APA/red)