Wie Grünalgen und Bakterien gemeinsam zum Klimaschutz beitragen

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Wildtyp-Stämme der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii in Flüssigkultur. Foto: Je
Wildtyp-Stämme der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii in Flüssigkultur. Foto: Jens Meyer (Universität Jena)

Mikroskopisch kleine Algen spielen eine bedeutende Rolle bei der Bindung von Kohlendioxid und sind daher von großer ökologischer Bedeutung. In der Natur kommen sie seit vielen Millionen Jahren zusammen mit Bakterien vor, die entweder schädliche Auswirkungen auf die Algen haben oder ihr Wachstum fördern können. Ein Forschungsteam der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat nun ein Bakterium gefunden, das mit einer Grünalge ein Team bildet. Beide Mikroorganismen unterstützen sich gegenseitig in ihrem Wachstum. Das Bakterium hilft der Mikroalge außerdem dabei, den Giftstoff eines anderen, schädlichen Bakteriums zu neutralisieren. Das grundlegende Verständnis des Zusammenspiels von Algen und Bakterien spielt auch beim Klimaschutz eine wichtige Rolle, da es dazu beitragen kann, diese ökologisch wichtige Partnerschaft zu verstehen und somit zu schützen. Die Ergebnisse der Studie werden am 5. April in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) veröffentlicht (DOI: 10.1073/pnas.2401632121).

,,Wir konnten nachweisen, dass das Bakterium Mycetocola lacteus mit der grünen Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii in einer partnerschaftlichen Verbindung lebt, von der beide Seiten profitieren. Während das Bakterium bestimmte Überlebenswichtige B-Vitamine und eine schwefelhaltige Aminosäure erhält, wird das Wachstum der Grünalge optimiert", sagt Maria Mittag, Professorin für Allgemeine Botanik der Friedrich-Schiller-Universität Jena. ,,Zudem", so die korrespondierende Autorin der neuen Studie weiter, ,,schützen das Helferbakterium Mycetocola lacteus und eine verwandte Bakterienart die Alge gemeinsam vor schädlichen Angriffen anderer Bakterien, indem sie einen Giftstoff dieser feindlichen Bakterien durch Spaltung inaktivieren. Somit sichern die bakteriellen Helfer das Überleben der Algen.

Mikroalgen sind - ebenso wie Bakterien - Mikroorganismen. Sie kommen sowohl im Süßwasser als auch in Ozeanen und im Boden vor. ,,Neben Landpflanzen produzieren Algen und Cyanobakterien einen großen Teil des Sauerstoffs und binden etwa die Hälfte des Kohlendioxids in der Atmosphäre durch Photosynthese. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag für das Leben auf der Erde", stellt Mittag fest. 

Nur gesunde Algen können Kohlendioxid gut aufnehmen

Auch vor dem Hintergrund der globalen Erwärmung ist dieses Wissen von großer Bedeutung. ,,Nur gesunde Algen können Kohlendioxid gut aufnehmen und binden. Deshalb ist es wichtig zu wissen, welche Bakterien den Algen dabei helfen, stark zu bleiben und gleichzeitig die Wirkung der schädlichen Bakterien zu neutralisieren. In unserer Studie konnten wir zeigen, dass die verwendeten Bakterien und Mikroalgen auch in ihrer natürlichen Umgebung zusammen auftreten", sagt Mittag. 

In ihren natürlichen Lebensräumen interagieren Mikroorganismen miteinander und gestalten so ihr Zusammenleben. ,,In unserer Forschung analysieren wir das komplexe Zusammenspiel dieser kleinen Lebewesen, um zu verstehen, wie sie sich gegenseitig beeinflussen und welche Faktoren sich positiv oder negativ auf ihr Wachstum auswirken. Dies ist entscheidend, um die Mechanismen zu verstehen, die zur Erhaltung der natürlichen Ökosysteme beitragen und um effektive Schutzmaßnahmen zu entwickeln", erläutert Christian Hertweck, Professor für Naturstoffchemie der Universität Jena sowie Leiter der Abteilung für Biomolekulare Chemie am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie.

Die Studie ist im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsvorhabens entstanden, an dem sowohl Forschende des Exzellenzclusters ,,Balance of the Microverse" als auch des Sonderforschungsbereichs ,,ChemBioSys" Externer Link der Universität Jena beteiligt waren. ,,Mit der Verknüpfung der biologischen Perspektive mit der analytischen Naturstoffchemie und unserer fachlichen Expertise in der organischen Synthese haben wir den Mechanismus nachgewiesen, mit dem das Bakteriengift inaktiviert wird", erklärt Hans-Dieter Arndt, Professor für Organische Chemie der Universität Jena.