Halobakterien aus permischem Salz

Forschungsprojekt P 13995Halobakterien aus permischem SalzHelga STAN-LOTTER11.10.1999 Dieses Projekt befaßt sich mit der Lebensfähigkeit - von Mikroorganismen, die aus unterirdischen Salzablagerungen, deren Alter auf Millionen Jahre geschätzt wird, isoliert wurden. Das Phänomen der Langlebigkeit von Mikroorganismen ist von allgemeinem Interesse und soll in zwei Hauptansätzen unter Verwendung von halophilen Prokaryonten untersucht werden: Zum ersten soll eine griindliche Untersuchung der mikrobiellen Populationen in Salzdsedimenten aus unterschiedlichen geographischen Regionen, jedoch von gleichem Alter, durchgefährt werden. Dabei sollte sich zeigen, ob nur gewisse Arten und Gattungen kultivierbar sind, ob es Hinweise für unkultivierbare Arten gibt, und ob die Isolate mit bekannten Halobakterien verwandt sind. Es ist zu erwarten, daß sich eine Korrelation zwischen der Verteilung von Arten mit den geographischen und sedimentologischen Verhältnissen ergeben wird. Proben aus den alpinen Salzablagerungen (Österreich, Deutschland) sowie Bakterienisolate aus diesen und aus englischern Steinsalz (Zechsteinrand) sind bereits vorhanden; weitere Steinsalzproben sollen aus der permischen Salado-Formation in New Mexico/Texas entnommen werden. Einige physikalisch-chemische Parameter sollen nach Zermahlen oder Auflösen der Salzproben bestimmt werden. Kultivierbare Bakterienisolate sollen mittels chemotaxonomischer und molekularer Methoden analysiert werden; Erstisolate werden in Stammsammlungen deponiert. Analyse von amplifizierbaren ribosomalen RNA-Genen der kleinen Untereinheit sollte das Vorkommen von nicht-kultivierbaren halophilen Phylotypen zeigen. Die Ergebnisse sollten Informationen über die mikrobiologische Diversität von permischem und triassischem Steinsalz aus Regionen liefern, die während ihrer Bildung ähnlichen klimatischen Bedingungen ausgesetzt waren, und darüberhinaus die Evidenz für das Vorhandensein einer lebensfähigen Steinsalzflora verstärken. Zum zweiten wird versucht werden, die möglichen Strategien für eine Langzeit-Lebensfähigkeit der halophilen Mikroorganismen aufzuklären; dies könnte vielleicht zur Entdeckung von Molekülen führen, die mit dem Status der "Konservierung" assoziiert sind. In Modellsystemen sollen geeignete Halobakterien auf ihre Reaktionen auf Hungerbedingungen untersucht werden. Solche Experimente sind bis jetzt nicht mit Halobakterien durchgeführt worden. Die Überlebensfähigkeit in Abwesenheit von Energie- und Nahrungsquellen soll bestimmt werden, in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen. Hungern könnte die Morphologie der Zellen, die Gesamtzell- Proteinmuster sowie verschiedene Zellfunktionen beeinflussen. Ein Teil der Untersuchungen wird im Rahmen des NSF Programms "Life in Extreme Environments" (LExEn) in USA durchgeführt werden; dabei handelt es sich um eine interriationale Exkursion und nachfolgende Workshops.

Extrem halophile (salzliebende) lebensfähige Mikroorganismen (Haloarcheen) wurden wiederholt aus unterirdischen alpinen Salzablagerungen isoliert, die wahrscheinlich vor 250 Millionen Jahren deponiert wurden. Zwar ist es nicht bekannt, ob die Haloarcheen genau so alt sind wie das Steinsalz, aus dem sie stammen; sie können aber jedenfalls als Langzeit-Überlebende von hohem Salzgehalt und extremer Trockenheit betrachtet werden. Einige Stämme, die zur Gattung Halococcus gehören, waren in ihren Eigenschaften sehr ähnlich; dies ließ eine enge Verwandtschaft vermuten. Die Ergebnisse waren im Einklang mit der Vorstellung, daß die halophilen Stämme aus unterschiedlichen geographischen Regionen die Überreste von mikrobiellen Populationen sein könnten, die einmal die salzhaltigen Urmeere bevölkert haben. Auch Steinsalzproben der Formationen Salado und Castile in New Mexico bzw. Texas, die etwa das gleiche Alter wie die alpinen Ablagerungen haben, wurden auf Mikroorganismen-Gehalt untersucht. In Salzbohrkernen, die aus Tiefen von 650 m stammten, wurden Haloarcheen- Stämme gefunden, von denen einige neuartige Stämme darstellten. Außer den klassischen Methoden zur Kultivierung wurden auch molekulare Untersuchungen durchgeführt. Dazu wurde DNA aus Steinsalz extrahiert und auf die Anwesenheit der 16S rRNA Gene untersucht, da diese Gene als diagnostisch für Bakterien bzw. Haloarcheen gelten. Ungefähr 120 Gensequenzen wurden erhalten, die in 12 Gruppen fielen. Die Ähnlichkeiten zu bekannten Haloarcheen-Genen, in Prozent ausgedrückt, war weniger als 90 - 95%, was auf das Vorhandensein von neuartigen Stämmen schließen ließ. Zwei der Gruppen waren Isolaten aus Permisch-triassischem oder miozänischem Salz aus England bzw. Polen zu 98 -99% ähnlich wie auch dem bekannten Stamm Halobacterium salinarum. Keine der Gruppen war völlig identisch mit einem bekannten Haloarcheen-Stamm. Die Ergebnisse liessen auf eine unerwartet grosse Menge von unbekannten neuartigen Sequenzen im permisch-triassischem Salz schließen, von denen einige ähnlich, aber nicht identisch waren mit denen bekannter Haloarcheen. Die offenbare Langlebigkeit von Mikroorganismen in altem Steinsalz könnte die Suche nach außerirdischem Leben beeinflussen. Es gibt einige Befunde von extraterrestrischem Halit, z.B. in Meteoriten vom Mars; daher sollte eine spezifische Suche auf die Möglichkeit des Vorkommens von halophilen Mikroorganismen in Betracht gezogen werden.