Aquatisches Riesenbakterium ist ein Anpassungsgenie

Bilder der fluoreszierenden in-situ Hybridisierung einer eingefärbten Achromatium oxaliferum Zelle

Achromatium oxaliferum ist 30.000 Mal größer als andere im Wasser lebende Bakterien und dank seiner Kalkeinlagerungen sogar mit dem bloßen Auge erkennbar. Es hat einige hundert Chromosomen, die höchstwahrscheinlich nicht identisch sind. Damit ist Achromatium das einzige bekannte Bakterium mit mehreren verschiedenen Erbgut-Sätzen.

Es ist außerordentlich flexibel in seinen Ansprüchen, wie Forschende unter Leitung von Professor Hans-Peter Grossart, Koautor der Studie und Leiter der Arbeitsgruppe Aquatische Mikrobielle Ökologie am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) nun herausfanden: Es lebt an Orten mit extrem unterschiedlichen Lebensbedingungen wie in heißen Quellen und Eiswasser. Die Bakterienstämme der verschiedenen Ökosysteme unterscheiden sich nicht in ihrem Erbgut, aber in ihren Genexpressionsmustern.

Die Anpassung gelingt vermutlich durch einen für Bakterien einzigartigen Vorgang: Nur relevante Gene werden in den Genomen angereichert und abgelesen, die anderen bleiben für alle Fälle in Zellkammern archiviert (im Gegensatz zu anderen Bakterien, die irrelevante Gene verlieren). Achromatium ist voll gepackt mit Kalziumkarbonat-Kristallen, die sich zwischen der äußeren und der zytoplasmatischen Membran befinden. Diese Kristalle falten die Zytoplasmamembran und bilden Taschen aus Zytoplasma, in denen, wie die Forschenden vermuten, Chromosomen-Cluster sitzen. Sie stellen die Hypothese auf, dass diese Cluster Achromatium in die Lage versetzen, Gene zu „archivieren", die keinen unmittelbaren Nutzen haben.

Die funktionelle Vielseitigkeit von Achromatium und seine genomischen Merkmale führen dazu, dass das Erbgut der Mutterzelle nicht als identische Kopie an die Tochterzelle weitergegeben wird, sondern jede neue Zelle einzigartig ist und eine Vielzahl an funktionellen Genen besitzt, die nicht unmittelbar für das Leben in einem spezifischen Lebensraum notwendig sind. Damit erhält sich jede Zelle das Potenzial, sich schnell an sehr unterschiedliche Umweltbedingungen anpassen zu können.

Bild: Bilder der fluoreszierenden in-situ Hybridisierung einer eingefärbten Achromatium oxaliferum Zelle. Mina Bizic, IGB