- Pelagibacter ubique
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Pelagibacter ubique Systematik Domäne: Bakterien (Bacteria) Abteilung: Proteobacteria Klasse: Alphaproteobacteria Ordnung: Rickettsiales Gattung: Pelagibacter Art: Pelagibacter ubique Wissenschaftlicher Name Pelagibacter ubique Rappé et al. 2002 Pelagibacter ubique ist wahrscheinlich die häufigste Bakterienart. Sie wurde ursprünglich SAR11 genannt und war nur durch ihre ribosomale RNA bekannt, die erstmals 1990 in Proben aus der Sargassosee identifiziert wurde. Die dafür verantwortlichen Bakterien wurden 2002 isoliert und benannt.
P. ubique kommt auf der ganzen Welt vor und lebt als Teil des Planktons, also frei schwimmend in den Weltmeeren. Sie gehören zu den kleinsten fortpflanzungsfähigen Zellen mit einem Durchmesser von nur 0,12 bis 0,20 µm.
Mit nur 1354 Genen haben diese Bakterien ein relativ kleines Genom. Es enthält weniger Paraloge als jede andere untersuchte frei lebende Zelle, keine viralen Gene und nur sehr wenig nichtkodierende DNA. P. ubique sind also eine sehr effiziente Lebensform, was auch ihr massenhaftes Vorkommen bestätigt.
Allgemeines zu Pelagibacter ubique
Der P. ubique-Stamm besteht aus sehr kleinen marinen α–Protebakterien, sie sind in allen Ozeanen zu finden und machen dort etwa 25 % aller Zellen aus. Es ist das erste kultivierte Mitglied der α–Protebakterien. Es hat das bisher kleinste Genom aller bekannten fortpflanzungsfähigen Zellen, und besitzt für alle 20 Aminosäuren biosynthetische Funktionen. P. ubique wächst durch im Wasser gelöste Kohlenstoffverbindungen und bezieht seine Energie von einer lichtgesteuerten Proteorhodopsin-Pumpe und durch die Zellatmung. Bei Untersuchungen des Genoms von P. ubique stellte man fest, dass es DNA–aufnehmende Gene enthält und vermutet auf Grund dessen, dass P. ubique in der Lage ist Fremd-DNA aufzunehmen. Bei diesen Untersuchungen fand man ebenfalls heraus, dass der Anteil von Guanin und Cytosin im Genom bei etwa 29,7 % liegt. Da die meisten Transporter im P. ubique eine sehr hohe Substrataffinität besitzen, wird weniger Energie in Form von ATP verbraucht, was auch die Lebensfähigkeit großer Populationen im nährstoffärmeren Medien erklärt.
Kultivierung von Pelagibacter ubique
Bei der Kultivierung von P. ubique wurden natürliche mikrobielle Gemeinschaften verdünnt und in sehr niedrig dosierte Nährmedien isoliert. Das Nährmedium bestand aus sterilem Küstenwasser aus Oregon, das mit Phosphat (KH2PO4), Ammonium (NH4CL) und einer Mischung aus definierten Kohlenstoffverbindungen ergänzt wurde. Bei der Isolierung der Zellen machte man sich die Tatsache zum Vorteil, dass die Substratkonzentrationen in natürlichem Meerwasser in etwa dreimal kleiner sind als in Labormedien. Nach der Isolation markierte man die Arrays der P. ubique-Kulturen mittels FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung) um die Sichtbarkeit Mikroskop zu verbessern.
Nach einer Inkubation bei 15 °C für 23 Tage bei Dunkelheit oder in einem 14h/10h Hell-Dunkel Zyklus, wurden kleine Volumina der Kulturen auf eine Polykarbonatmembran aufgetragen. Man untersuchte daraufhin die intergenischen Nukleotidsequenzen der isolierten Kulturen, und stellte fest dass es drei genetisch unterschiedliche Gruppen gibt, die sich jeweils nur um einige Nukleotide, oder um eine Insertion oder Deletion unterscheiden. Da in zwei der drei Gruppen (die Dritte enthält nur eine Kultur), die Inkubation sowohl im Hell-Dunkel-Zyklus, als auch nur bei Dunkelheit stattfand, konnte man eine Beeinflussung durch Licht ausschließen.
Die maximale Zelldichte variiert zwischen 2,5*105 Zellen pro ml und 3,5*106 Zellen pro ml, was davon abhängt wo und wann die Proben entnommen wurden, aber unabhängig von der Kohlenstoffzusammensetzung ist. Auf Grund dieser Ergebnisse geht man davon aus, dass natürliche Faktoren die Population von P. ubique kontrollieren. Das ist von großer Bedeutung für die ozeanografische Forschung, denn das lässt den Schluss zu, dass man mit der Untersuchung des Wachstums von P. ubique chemische Faktoren im Wasser identifizieren könnte. Durch eine BLAST-Suche nach paralogen Genfamilien, stellte man fest das P. ubique aus einem Duplikationsereignis heraus entstanden sein muss.
Literatur
- N.A. Logan, H.M. Lappin-Scott, P.C.F. Oyston (Hrsg.): Prokaryotic Diversity: Mechanisms and Significance. Cambridge University Press, Cambridge und New York 2006, ISBN 0-521-86935-8.
- Stephen J. Giovannoni u.a.: „Genome Streamlining in a Cosmopolitan Oceanic Bacterium“. In: Science, 19. August 2005, S. 1242-1245.
- Steven Ashley: „Lean Gene Machine“. In: Scientific American, Dezember 2005, S. 26-8.
- Michael S. Rappé u.a. : "Cultivation of the ubiquitous SAR11 marine bacterioplancton clade" , "Nature" Ausgabe August 2002, S. 630-633.
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