Das Mikrobiom der Cyanobakterien
Die Forschenden der Leibniz-Instituts DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ) haben in ihren Untersuchungen mehr als 30 Kulturen des fadenförmigen marinen Cyanobakteriums Coleofasciculus untersucht, das als bedeutendster Primärproduzent biologischer Matten in der Gezeitenzone auch eine wichtige Funktion für den Küstenschutz hat. „Da es in den meisten Fällen nicht ohne weiteres möglich ist, die spannendsten Begleitbakterien im Labor in Reinkultur zu züchten, waren wir zunächst auf moderne molekularbiologische Methoden angewiesen,“ erläutert Professor Petersen. „Wir konnten zeigen, dass die Hochdurchsatz-Sequenzierung des kompletten 16S rRNA Gens mit angrenzender ITS Region (16S-ITS) und darauf aufbauend die Metagenomik die entscheidenden Werkzeuge für eine zeitgemäße und umfassende Charakterisierung der komplexen Konsortien sind.“ Allein in der Kultur des Cyanobakteriums Coleofasciculus sp. WW12 konnten mehr als 70 unterschiedliche Arten von Begleitbakterien identifiziert werden. Die vorliegenden Genomdaten zeigen, dass ein Großteil dieser Bakterien bisher noch nicht wissenschaftlich beschrieben wurde. Die Forschenden gehen davon aus, dass es sich dabei um mehr als 60 neue Arten handelt, von denen sie die ersten Vertreter bereits erfolgreich kultiviert haben. Von besonderem Interesse ist die Entdeckung eines Myxobakteriums, Candidatus Photomyxococcus marinus gen. nov., sp. nov.. Diese Bakteriengruppe ist bekannt dafür, medizinisch und biotechnologisch relevante Stoffwechselprodukte herzustellen. Sie ernähren sich von anderen Mikroorganismen, die sie „jagen“. „In diesem Fall allerdings besitzt das neu entdeckte Bakterium auch das komplette Repertoire an Genen, mit denen es Fotosynthese betreiben kann. In Einklang mit einer metagenomischen Umweltstudie ist dies die weltweit erste Entdeckung eines bereits ‚kultivierten‘ phototrophen Myxobakteriums“, informiert Pia Marter, Doktorandin am Leibniz-Institut DSMZ und Erstautorin der beiden Publikationen. Warum das Bakterium eine zweite Strategie zur Energiegewinnung entwickelt hat, soll jetzt weiter untersucht werden. Parallel werden die Forschenden versuchen, das
Myxobakterium in Reinkultur zu züchten. Dies erleichtert zukünftige Untersuchungen des Organismus und erlaubt die Vorzüge des WG-Lebens besser zu verstehen.
Die Cyanosphäre – unentdeckte Schatzkiste der Biodiversität
Cyanobakterien, früher auch als „Blaualgen“ bezeichnet, sind weltweit verbreitet und leben in den unterschiedlichsten Habitaten. Da sie genau wie Pflanzen Lichtenergie nutzen und Sauerstoff freisetzen, wurden sie lange Zeit von Botanikern untersucht und nehmen in der Mikrobiologie auch heute noch eine besondere Stellung ein. Da die aufwändige Gewinnung von Reinkulturen keine notwendige Voraussetzung für die wissenschaftliche Beschreibung neuer Arten ist, enthalten die meisten isolierten Cyanobakterien auch eine Vielzahl unbekannter Begleitbakterien. Die Hinterlegung solcher cyanobakteriellen Isolate an der DSMZ gewährleistet eine umfassende Abdeckung der biologischen Vielfalt dieser wichtigen Gruppe von Mikroorganismen. „Mit unseren bisherigen Untersuchungen im Rahmen des sammlungsbezogenen Forschungsprojektes konnten wir zeigen, dass wir in der Lage sind, auch die ´Mitbewohner` der Cyanobakterien über Jahre hinweg stabil zu kultivieren,“ fasst Prof. Dr. Jörn Petersen zusammen. „Somit stellen diese Bakterien und ihre Begleitflora eine Art Zeitkapsel dar, in der das ursprüngliche Ökosystem konserviert wird.“ Die DSMZ stellt Forschenden weltweit das Mikrobiom von Coleofasciculus als Konsortium zu Verfügung. Einige Bakterien aus dieser Wohngemeinschaft wurden bereits isoliert und werden als Reinkulturen angeboten.
Leibniz-Instituts DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH
Originalpublikationen:
Marter P., Freese H.M., Ringel V., Brinkmann H., Pradella S., Rohde M., Jarek M., Spröer C., Wagner‐Döbler I., Overmann J., Bunk B. and Petersen J. (2025) Superior resolution profiling of the Coleofasciculus microbiome by amplicon sequencing of the complete 16S rRNA gene and ITS region. Environ Microbiol Rep 17: e70066. https://doi.org/10.1111/1758-2229.70066
Marter P., Brinkmann H., Freese H.M., Ringel V., Bunk B., Jarek M., Koblížek M., Wagner-Döbler I. and Petersen J. (2026) The microbiome of marine mat-forming cyanobacteria - A microcosm of taxonomic novelty and phototrophic diversity. ISME Commun 6: ycag041. https://doi.org/10.1093/ismeco/ycag041
