Neue, unkultivierte sulfatreduzierende Prokaryoten

Sulfatreduzierende Prokaryoten (SRPs) sind weltweit verbreitet und spielen Schlüsselrollen in den biogeochemischen Schwefel- und Kohlenstoffkreisläufen. Molekulare Untersuchungen von dsrAB-Genen (die für die Hauptuntereinheiten der dissmilatorischen (Bi)Sulfitreduktase, einem essentiellen Enzym im Energiestoffwechsel der SRPs, kodieren) in verschiedenen Umweltproben belegen, dass die Biodiversität der SRPs weitaus größer ist als bislang anhand von Kultivierungsstudien bekannt ist. So konnten wir beispielsweise zeigen, dass die SRP-Gemeinschaft in einem sauren Moorsystem größtenteils durch dsrAB-Sequenztypen bestimmt ist, die neue phylogenetische Entwicklungslinien darstellen und somit höchstwahrscheinlich von bislang unbekannten SRPs stammen. Ähnliche dsrAB Sequenzen wurden auch in anderen Feuchtgebiet-Ökosystemen entdeckt, was eine weite Verbreitung dieser neuen SRP-Entwicklungslinien wahrscheinlich macht. Abgesehen von ihrer molekularen Signatur ist derzeit allerdings nichts über diese kürzlich entdeckten SRPs bekannt. Das Ziel des vorliegenden Projektes ist es unter Verwendung des sauren Moorgebietes als Modellsystem mehr über die Biologie dieser ökologisch wichtigen, bislang unkultivierten Mikroorganismen zu erfahren. Basierend auf bereits vorhandenen Sequenzdaten werden neue kultivierungsunabhängige Verfahren wie zum Beispiel DNA-Mikroarrays entwickelt und angewandt, um Veränderungen in der Diversität und zellulären Aktivität der SRPs im sauren Moorsystem zu verfolgen und neue Einblicke in ihre physiologischen Eigenschaften zu gewinnen. Ein weiteres Ziel ist die selektive Anreicherung, eine Grundvoraussetzung für spätere (meta)genomische Studien, und anschließende taxonomische Identifizierung der neuen SRPs. Die kombinierte Anwendung dieser komplementären Techniken wird wichtige Erkenntnisse über die Physiologie und ökologische Funktion dieser kürzlich entdeckten SRPs liefern, die bis auf Teilsequenzen eines Schlüsselenzyms bislang unerforscht sind.

Moorgebiete stoßen das Treibhausgas Methan aus und tragen somit erheblich zur globalen Erwärmung bei. Dem entgegen wirkt der mikrobiologische Prozess der Sulfatreduktion, der durch die weltweit zunehmende Luftverschmutzung mit Schwefeldioxid verstärkt wird. Im Rahmen dieses Projektes wurden mittels Isotopenmarkierungsmethoden und molekularen Analysen zum ersten Mal die Identität und die Häufigkeit von Schlüsselspielern dieses Prozesses in einem Modellmoorgebiet aufgeklärt und Veränderungen in der Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft der beteiligten Mikroorganismen über einen Zeitraum von mehreren Jahren untersucht. Unkultivierte Arten, die durch neue Varianten der Sulfatreduzierer-Markergene dsrAB repräsentiert waren, stellten einige der häufigsten Vertreter der Moor-Mikrobiota dar. Mehrere dieser neuen dsrAB- tragenden Mikroorganismen sind in ihrer biogeographischen Verbreitung nicht beeinträchtigt, da sie in verschiedenen Moorgebieten Mitteleuropas nachgewiesen wurden. Physiologische Isotopenmarkierungsversuche zeigten überraschenderweise, dass eine neue, bislang unkultivierte Desulfosporosinus Art trotz ihrer geringen Häufigkeit von nur 0.006% ein wichtiger Sulfatreduzierer in dem Modellmoorgebiet ist. Dies widerspricht gängigen Annahmen zur ökologischen Rolle seltener Mikroorganismen, deren Bedeutung für ein Ökosystem allgemein unterschätzt wird. Die neuentdeckte Desulfosporosinus Art ist ein bedeutsamer Vertreter der sogenannten "seltenen Biosphäre" des Moores da sie beträchtlich zur Sulfatreduktion beitragen kann und damit den Methanausstoß aus Moorgebieten verringert und deren Beitrag zur globalen Erwärmung verändert.