Cyanobakterien gehören zu den ältesten Lebensformen der Erde. Sie gelten als Erfinder der pflanzlichen Photosynthese und sind heute ein wichtiger Naturstoff, um Peptide, Aminosäuren oder Vitamine herzustellen. Einst wurden sie als Blaualgen bezeichnet und den Algen zugeordnet. Mittlerweile gehen Forscher aber davon aus, dass diese Millionen Jahre alten Organismen einen eigenen Bakterienstamm repräsentieren. Etwa 1.500 Arten sind bekannt. Einige davon gehören zum Repertoire des Leibniz-Instituts DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH. An dem Braunschweiger Institut werden die Organismen konserviert und umfassend erforscht.

Unterschiede im Metabolismus aufgedeckt

Wegen ihrer zunehmenden Bedeutung für die Biotechnologie haben Jörn Petersen und Nachwuchsgruppenleiterin Meina Neumann-Schaal vom DSMZ in der Sammlung nach neuen Modellsystemen bei den Cyanobakterien geforscht. Dafür verglichen sie das Erbgut und den Stoffwechsel von fünf nicht-marinen Cyanobakterien mit der in Süßwassern lebenden Art Synechocystis sp. PCC 6803. Dabei zeigten sich verblüffende Unterschiede im metabolischen Repertoire der einzelnen Organismen, wie das Team im Fachjournal „Genome Biology and Evolution“ berichtet.

Austausch von Genen beim Stoffwechsel

Die Wissenschaftler stellten fest, dass es insbesondere erhebliche Differenzen im Stoffwechsel zwischen den verschiedenen photosynthetischen Bakterien gibt und diese sich individuell an den Tag-Nacht-Zyklus anpassen. Die Studie belegt, dass es zwischen den Arten zu einem völlig unerwarteten Austausch von Genen des Primärstoffwechsels kommt. Große Diskrepanzen zeigten auch die untersuchten Bakterienstämme hinsichtlich der Assimilation von Kohlenstoffdioxid und dessen Speicherung in Kohlenhydraten.

Die metabolischen Unterschiede lassen sich den Forschern zufolge anhand des Erbguts erklären: So enthält der vor Jahrzehnten in der chilenischen Atacama-Wüste isolierte und seither praktisch – wie es heißt- in „Einzelhaft“ gehaltene Stamm Calothrix desertica DSM 106972 dreimal so viele Gene wie der von den Braunschweiger Forschern genutzte Referenzorganismus.

Neue Modellsysteme nutzen

Anhand ihrer Erkentnisse sind die Wissenschaftler überzeugt: Um das verborgene biotechnologische Potenzial von Cyanobakterien voll ausschöpfen zu können, sollten zur Erforschung der Biodiversität nicht nur etablierte Modellsysteme, sondern dringend auch andere Modelle genutzt werden.

bb