Forscher der Universität Freiburg haben herausgefunden, warum manche Mikroorganismen auch in einer extrem salzhaltigen Umgebung wie etwa dem Toten Meer überleben können: Sie nutzen einen bisher unbekannten Stoffwechselweg. Dieser ermöglicht es ihnen unter anderem, den Wasserverlust zu vermeiden, der ihnen aufgrund der osmotischen Wirkung des konzentrierten Salzwassers sonst unweigerlich drohen würde. Der Arbeitsgruppe um Ivan Berg vom Institut für Biologie ist es dabei nicht nur gelungen, den neuen Weg zu identifizieren, sondern auch den gesamten Reaktionszyklus mit all seinen Zwischenschritten aufzuklären. Nach seinem charakteristischen Zwischenprodukt wurde der Stoffwechselweg “Methylaspartatzyklus” getauft, berichtet die Universität Freiburg.
Alle Lebewesen brauchen Kohlenstoff zum Leben. Pflanzen etwa betreiben Photosynthese, um aus dem Kohlendioxid der Luft die lebensnotwendigen organischen Bausteine zu bilden. Bei Säugetieren werden über eine Reaktionsfolge namens Citratzyklus die benötigten Bausteine zur Verfügung gestellt. Für Mikroorganismen waren bisher zwei Stoffwechselwege bekannt, die diesem Zweck dienten. Den Forschern um Berg war jedoch aufgefallen, dass einige Mikroorganismen aus besonders salzhaltigen Gewässern – auch Halobakterien genannt – zwar Essigsäure-Salze, sogenannte Acetate, als Kohlenstoffquelle nutzen können, jedoch nicht über die genetische Ausstattung verfügen, die sie für den Bau der notwendigen Enzyme für die beiden herkömmlichen Stoffwechselwege benötigen. Daher vermuteten die Wissenschaftler, dass diese Halobakterien einen anderen, bisher unbekannten Stoffwechselweg benutzen.
Nun ist es Ivan Berg und seinen Kollegen gelungen, diese Vermutung zu belegen und den Stoffwechselweg für das Halobakterium Haloarcula marismortui vollständig aufzuklären. Halobakterien gehören zu den Archaeen (von griechisch archaos für “uralt”), die als eine der ursprünglichsten Lebensformen der Erde gelten. Sie sind an die extremen Salzbedingungen angepasst, wie sie zum Beispiel im Toten Meer herrschen. Einer der entscheidenden Faktoren dabei war offenbar eine Besonderheit des Methylaspartatzyklus, konnten die Forscher zeigen: Um den Stoffwechselweg effektiv ablaufen lassen zu können, müssen die Archaeen innerhalb ihrer Zellen große Mengen des Salzes Glutamat ansammeln. Dadurch gleicht sich jedoch auch der ansonsten vorhandene Konzentrationsunterschied zwischen dem Inneren der Zelle und dem umgebenden Meerwasser aus, so dass die Zellen nicht in die Gefahr geraten, auszutrocken.
Die Freiburger Forscher interessierte zudem, wie der neue Stoffwechselweg entstanden sein könnte. Die Ergebnisse ihrer Untersuchung waren überraschend: Die Gene für den Methylaspartatzyklus stammen aus ganz verschiedenen Mikroorganismen und hatten dort völlig andere Funktionen. Zwar war es bereits bekannt, dass es zwischen Organismen zu einer Übertragung von Genen – einem sogenannten lateralen Gentransfer – kommen kann. Neu ist jedoch, dass so viele verschiedene, alte Gene zu einem ganz neuen Stoffwechselweg kombiniert wurden. Offenbar verhält sich die Evolution ähnlich wie ein Bastler, der erst einmal schaut, was er hat und was davon brauchbar ist, statt alles gleich neu zu machen, erläutern die Forscher. Dieses “Bastelprinzip”, das von Biologen auch “evolutionary tinkering” genannt wird, scheint Vorteile zu haben: Die Forscher glauben, dass es schwieriger und langsamer ist, neue Gene zu erfinden als bereits existierende Gene neu zu kombinieren.
Ivan Berg (Universität Freiburg) et al: Science, Bd. 331, S. 334-337 dapd/wissenschaft.de – Marianne Diehl
