Rote Winzlinge mit Potenzial für die Wissenschaft: Die Mikrobe Halobacterium salinarum kann extreme Salzkonzentrationen überleben und das Gefieder von Flamingos zum Strahlen bringen. Bekannt ist die Art jedoch vor allem wegen einer anderen Eigenschaft: Sie verfügt über die Urform eines Proteins, das für das menschliche Sehen wichtig ist – diese Entdeckung war die Geburtsstunde eines ganz neuen Forschungsfelds. Nun ist H. salinarum zur Mikrobe des Jahres 2017 ernannt worden.
Genau vor 100 Jahren wurde es entdeckt: Als der deutsche Mykologe Heinrich Kleban im Januar 1917 mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs stach und ihn auf festen Nährboden übertrug, wuchsen dort einige Wochen später rote Kolonien eines „Salzbakteriums“. Sein wissenschaftlich korrekter Name lautet Halobacterium salinarum.
Die Mikrobe gehört zu den ursprünglichsten Formen des Lebens und zählt zu den Archeen – winzigen Organismen, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind. Archeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder Orte ohne Sauerstoff.
Rot und salzig
Auch H. salinarium liebt die Extreme: Die Art wächst in Salinen und Salzlaken und ist perfekt auf hohe Salzkonzentrationen eingestellt. Ihr Überlebenstrick: Spezielle Kanalproteine in der Zellhülle ermöglichen es H. salinarum, seinen Salzgehalt an die äußeren Bedingungen anpassen. Auf diese Weise überlebt es selbst in Salzkristallen hunderte von Jahre.
Da die Mikroben rote Farbstoffe enthalten, lassen sie Salzseen und Meersalzgewinnungsanlagen rot-violett erscheinen. Die sogenannten Karotinoide reichern sich auch in der Nahrungskette an: Kleine Salzkrebse fressen die Mikroorganismen samt der darin enthaltenen Farbstoffe. Von den Krebsen ernähren sich wiederum die Flamingos – ihr Federkleid färbt sich deshalb rosarot.
Vorläufer unseres Sehsystems
Eine faszinierende Eigenschaft der roten Mikroorganismen entdeckte der Biochemiker Dieter Oesterhelt im Jahr 1971: Die Mikroben verfügen über Bacteriorhodopsin. Dieses Membranprotein nimmt Licht auf und nutzt es für eine besondere Art der Photosynthese, um Energie für den Stoffwechsel der Zellen zu generieren. Die Farbe des Bacteriorhodopsins wechselt dabei von violett zu gelb.
Das Besondere daran: Ein vergleichbares Rhodopsin ist in unserem Auge für den Sehvorgang verantwortlich. Die Evolution der molekularen Grundlage unseres Sehsinns hat seine Wurzeln demnach vermutlich in dieser uralten Mikrobenform.
Lichtschalter für neue Forschung
Die Entdeckung des Bacteriorhodopsins von Halobacterium salinarum hat ein ganz neues Forschungsfeld eröffnet: die Optogenetik. Rhodopsine werden heute als molekulare „Lichtschalter“ eingesetzt, um so das Verhalten von Nervenzellen gezielt zu untersuchen und zu steuern. Erste Erfolge deuten darauf hin, dass neuronale Defekte damit vielleicht in Zukunft behandelbar sein könnten.
Doch die Mikrobe des Jahres bietet noch weitere Besonderheiten: Sie reguliert ihre Zelldichte mit Hilfe von Gasvesikeln, die mit Luft gefüllt und von einer wasserdichten Proteinhülle umschlossen sind. Wie ein Taucher kann Halobacterium so in bestimmten Wassertiefen schweben und geeignete Sauerstoff- und Lichtverhältnisse aufsuchen.
In diesen Wasserschichten kann es auch umherschwimmen: Dank eines Antriebs mit langen Fortsätzen schraubt es sich nach dem Prinzip eines Propellers durch die zähe Salzlösung. Die Archaeen haben dafür einen eigenen molekularen Drehmotor erfunden, der auf ein zelleigenes Signal hin die Drehrichtung und damit die Orientierung der Zelle zufällig ändern kann.
(Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland e.V., 23.01.2017 – DAL)
