Achromatium

Aquatisches Riesenbakterium ist ein Anpassungsgenie

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.

DOI: 10.1093/molbev/msaa273

Termine

  • 07.12.2020 - 09.12.2020

    4th International Conference on Global Food Security
    Konferenz wird virtuell durchgeführt

  • 11.12.2020 - 15.12.2020

    11th World Biomaterials Congress
    Konferenz wird virtuell durchgeführt

  • 24.12.2020 - 25.12.2020

    International Conference on Computational Cell Biology
    Konferenz wird virtuell durchgeführt

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Während in der klassischen Mikroskopie die Zellen fixiert werden müssen, was Zerstörungen und Artefakte mit sich bringt, können mit Fluoreszenz-basierten Mikroskopiemethoden, z. B. der laser scanning-Mikroskopie, lebende Zellen viel realistischer beobachtet werden. Dabei wird der Erkenntnisgewinn enorm erweitert, da nicht nur eine exakte Lokalisation von spezifischen Proteinen oder Nukleinsäuren in der Zelle bestimmt werden kann, sondern auch deren Bewegungen und Interaktionen in einer intakten, lebenden Zelle. Durch die resolution Evolution, bei der die Auflösungsgrenze drastisch nach unten verschoben wurde, z. B. mit der stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM), können sogar einzelne Moleküle in lebenden Zellen erfasst werden. Jan Schlegel und Markus Sauer zeigen in ihrem Beitrag, wie man mit der 3D-Gitter-Lichtblatt-dStorm-Technologie die Verteilung des Adhäsionsrezeptors CD56 in der Plasmamembran visualisieren kann. Anne Schlaitz wendet die konfokale laser scanning-Methode an, um in lebenden Zellen die Dynamik des ERs während der Mitose zu erforschen. Tobias Becker und Pavel Kielkowski stellen in ihrem Artikel eine Pronukleotid-Sonde für das in situ fluorescence Imaging zur Identifizierung und Beobachtung von AMPylierten Proteinen vor. Hintergrundbild: Sich teilende HeLa-Zellen unter dem Lichtmikroskop. Chromosomen im Zellnukleus (lila), Mikrotubuli im Zellskelett (Tubulin, grün) und Aktin (rot) sind erkennbar. Bild: Kevin Mackenzie, University of Aberdeen, Wellcome Collection, https://wellcomecollection.org/works/vjq5c26rCC unter der Lizenz BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0.

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