Erste Ammonium oxidierende Urmikrobe entdeckt

Nicht nur Bakterien können es, auch ihre urzeitlichen Vorformen, die Archaea: Einem österreichischen Forscherteam ist es gelungen, das weltweit erste Ammonium oxidierende Archaeon in Reinkultur zu isolieren und seine Aktivität nachzuweisen. „Nitrososphaera viennensis“ ist die erste urzeitliche mikrobielle Lebensform, deren Fähigkeit, Ammonium zu Nitrit oxidieren belegt wurde. Sie könnte damit einen wichtigen Beitrag zum Stickstoffkreislauf liefern, wie die Forscher im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) berichten.

Ohne die Stoffwechselleistungen der kleinsten aller Lebewesen, der Bakterien und Archaea, wäre ein Leben auf der Erde nicht möglich. Diese Mikroorganismen spielen eine zentrale Rolle in den großen Stoffkreisläufen, indem sie organische Materie zersetzen und die erhaltenen Grundbausteine in die

Atmosphäre zurückführen oder für neues Leben verfügbar machen. „Doch erst seitdem molekularbiologische Methoden eingesetzt werden, wissen wir, dass eine enorme Zahl und Vielfalt von

Bakterien und Archaea in Böden vorzufinden ist“, erklärt Christa Schleper, Leiterin des Departments für Ökogenetik der Universität Wien. Mithilfe molekularer Methoden haben Wissenschaftler vor sechs Jahren Archaea in großer Zahl in Böden vorhergesagt. Seither wurde vermutet, dass diese auch in Form der Oxidation von Ammonium zu Nitrit einen wichtigen Beitrag zum Stickstoffkreislauf liefern.

Erste Isolation eines ammoniumoxidierende Archaeon

Die erste Isolation eines solchen Ammonium oxidierende Archaeon in Reinkultur ist jetzt dem Wiener Forscherteam um Christa Schleper gelungen. Die direkt im Garten des Universitätszentrums entdeckte Mikrobe ist nur 0,8 Mikrometer groß und erhielt den Namen „Nitrososphaera viennensis“, der „sphärische Ammoniumoxidierer aus Wien“. Im Gegensatz zu bakteriellen Ammoniumoxidierern benötigt Nitrososphaera viennensis neben Ammonium und Kohlendioxid zusätzlich geringe Mengen organischer Kohlenstoffquellen zum Wachstum. Dies wiesen die Wissenschafter mithilfe eines Sekundärionenmassenspektrometers mit einer Auflösung im Nanometerbereich nach.

Die meisten Archaea leben an extremen Standorten, etwa vulkanischen Quellen. Sie werden daher in Fachkreisen häufig als urzeitliche mikrobielle Lebensformen angesehen. „Auch ‚Nitrososphaera viennensis‘ mag ein ursprünglicher Organismus sein. Denn anders als seine bakteriellen Gegenstücke, die sich besonders gut in gedüngten Ackerböden vermehren, bevorzugt er nährstoffarme Medien, die eher einer Umgebung in unberührten Böden entsprechen“, so Schleper.

Erster Modellorganismus einer ökologisch wichtigen Gruppe

Als erster kultivierter Vertreter von archaealen Ammoniumoxidierern ist „Nitrososphaera viennensis“ ein Modellorganismus dieser ökolologisch wichtigen Gruppe von Mikroorganismen. „Ammoniumoxidation hat einen großen Einfluss auf die Verfügbarkeit von Stickstoff für Pflanzen und auf die Anreicherung von Nitrat in Gewässern“, erklärt Schleper.

Die Forscherin sieht ein breites Feld für künftige Studien, etwa Nitrososphaera viennensis auf die Fähigkeit zu überprüfen, N2O (Lachgas) zu bilden. Dieses von anderen Ammoniumoxidierern in beachtlichen Mengen ausgeschiedene Nebenprodukt trägt zum Abbau der Ozonschicht bei und spielt damit eine Rolle für die Erderwärmung. „Da Organismen wie ‚Nitrososphaera viennensis‘ weitverbreitet sind und bis zu zehn Millionen Zellen dieser Archaea in nur einem Gramm Boden zu finden sind, ist es wichtig, ihren Beitrag zu solchen Prozessen abschätzen zu können“, so Schleper. (PNAS Online Early Edition, 2011; DOI: 10.1073/pnas.1013488108)

(Universität Wien, 27.04.2011 – NPO)