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Dienstag, 26.09.2017
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Mikrobe in heißer Quelle frisst Ammoniak

Ammoniakoxidation bei bisher unbekanntem Verteter der Archaeen nachgewiesen

In einer heißen Quelle in Russland hat ein Forscherteam einen Mikroorganismus aus der Grupppe der Archaea entdeckt, der Ammoniak oxidiert und daraus seine Energie gewinnt. Analysen zeigten zudem, dass es sich dabei um eine bisher unbekannte Art handelt. Die nun im Wissenschaftsmagazin "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) veröffentlichte Entdeckung zeigt, dass die Fähigkeit, Ammoniak zu verarbeiten schon sehr früh entwickelt worden sein muss.
Thermophile Ammoniak oxidierende Archaeen (grün) aus einer geothermalen Quelle.

Thermophile Ammoniak oxidierende Archaeen (grün) aus einer geothermalen Quelle.

Nur Mikroorganismen können aus der Umwandlung von Ammoniak zu Nitrit, der so genannten Ammoniakoxidation, Energie gewinnen. Diese Reaktion ist für einen funktionierenden Stickstoffkreislauf auf der Erde von elementarer Bedeutung. In Kläranlagen macht sich der Mensch Ammoniak oxidierende Mikroorganismen zunutze, um den über Harnstoff ins Abwasser gelangenden Ammoniak, der toxisch für viele Lebewesen ist, zu entgiften. In der Landwirtschaft versucht man hingegen, die Aktivität dieser Mikroorganismen zu unterdrücken, da diese die Effizienz der Düngung verringert und zur Verunreinigung des Grundwassers mit Stickstoffverbindungen wie Nitrit und Nitrat führt.

Ammoniak oxidierende Archaea werfen Fragen auf


„Der Prozess der Ammoniakoxidation und die dafür verantwortlichen Bakterien sind seit vielen Jahrzehnten bekannt und sehr gut erforscht", erklärt Michael Wagner, der Leiter des Departments für Mikrobielle Ökologie der Universität Wien: „Vor wenigen Jahren kam es allerdings zu einem überraschenden wissenschaftlichen Durchbruch: Verschiedene ForscherInnengruppen - darunter auch jene von Christa Schleper, Leiterin des Departments für Ökogenetik an der Universität Wien, - fand heraus, dass es neben Bakterien auch Archaeen gibt, die Ammoniak oxidieren und dass diese Archaeen in vielen Meerwasser- und Bodenproben häufiger vorkommen als die Ammoniak oxidierenden Bakterien."

Diese wissenschaftliche Erkenntnis hat für die Mikrobiologie viele neue Fragen aufgeworfen: Wie unterscheiden sich die Stoffwechselleistungen Ammoniak oxidierender Bakterien und Archaeen? Unter welchen Umweltbedingungen setzt sich welche der beiden Mikroorganismengruppen durch? Wann ist die Fähigkeit, durch die Oxidation von Ammoniak Energie zu gewinnen, erstmals in der Evolutionsgeschichte entstanden? Roland Hatzenpichler, Mikrobiologe und Stipendiat der Österreichischen Akademie der Wissenschaften hat gemeinsam mit seinen Kollegen Michael Wagner und Holger Daims nun erstmals die Ammoniakoxidation in einer heißen Quelle in Russland untersucht.


Oxidationsfähigkeit schon früh entwickelt


Die Mikrobiologen der Universität Wien identifizierten in einer Anreicherungskultur aus dieser Quelle, die von Kooperationspartnern aus Hamburg und Moskau etabliert wurde, mit Hilfe moderner molekularbiologischer Methoden ein neues Archaeon - Nitrososphaera gargensis - und zeigten, dass dieses tatsächlich in der Lage ist, Ammoniak zu oxidieren. Zudem wiesen die Forscher nach, dass dieser Organismus niedrige Ammoniakkonzentrationen bevorzugt.

Damit wurde nicht nur eine große Wissenslücke über den Stickstoffkreislauf in heißen Quellen geschlossen, sondern das Forscherteam erhielt auch wertvolle Hinweise, dass wärmeliebende Archaeen bereits sehr früh in der Evolutionsgeschichte die Fähigkeit zur Ammoniakoxidation entwickelten. Aus der ökophysiologischen Charakterisierung von N. gargensis lässt sich zudem die Hypothese ableiten, dass Ammoniak oxidierende Archaeen möglicherweise generell an niedrige Ammoniakkonzentrationen angepasst sind und somit eine andere ökologische Nische besetzen als die an höhere Ammoniakkonzentrationen adaptierten Ammoniak oxidierenden Bakterien.
(Universität Wien, 08.02.2008 - NPO)
 
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