Pelagibacter ubique

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Pelagibacter ubique
Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria)
Abteilung: Proteobacteria
Klasse: Alphaproteobacteria
Ordnung: Rickettsiales
Gattung: Pelagibacter
Art: Pelagibacter ubique
Wissenschaftlicher Name
Pelagibacter ubique
Rappé et al. 2002

Pelagibacter ubique ist wahrscheinlich die häufigste Bakterienart. Sie wurde ursprünglich SAR11 genannt und war nur durch ihre ribosomale RNA bekannt, die erstmals 1990 in Proben aus der Sargassosee identifiziert wurde. Die dafür verantwortlichen Bakterien wurden 2002 isoliert und benannt.

P. ubique kommt auf der ganzen Welt vor und lebt als Teil des Planktons, also frei schwimmend in den Weltmeeren. Sie gehören zu den kleinsten fortpflanzungsfähigen Zellen mit einem Durchmesser von nur 0,12 bis 0,20 µm.

Mit nur 1354 Genen haben diese Bakterien ein relativ kleines Genom. Es enthält weniger Paraloge als jede andere untersuchte frei lebende Zelle, keine viralen Gene und nur sehr wenig nichtkodierende DNA. P. ubique sind also eine sehr effiziente Lebensform, was auch ihr massenhaftes Vorkommen bestätigt.

Allgemeines zu Pelagibacter ubique[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der P. ubique-Stamm besteht aus sehr kleinen marinen α–Protebakterien, sie sind in allen Ozeanen zu finden und machen dort etwa 25 % aller Zellen aus. Es ist das erste kultivierte Mitglied der winzigen α–Protebakterien. Es hat das bisher kleinste Genom aller bekannten fortpflanzungsfähigen Zellen und besitzt für alle 20 Aminosäuren biosynthetische Funktionen. P. ubique wächst durch im Wasser gelöste Kohlenstoffverbindungen und bezieht seine Energie von einer lichtgesteuerten Proteorhodopsin-Pumpe und durch die Zellatmung. Bei Untersuchungen des Genoms von P. ubique stellte man fest, dass es DNA-aufnehmende Gene enthält, und vermutet daher, dass P. ubique Fremd-DNA aufnehmen kann. Bei diesen Untersuchungen fand man ebenfalls heraus, dass der Anteil von Guanin und Cytosin im Genom bei etwa 29,7 % liegt. Da die meisten Transporter im P. ubique eine sehr hohe Substrataffinität besitzen, wird weniger Energie in Form von ATP verbraucht, was auch die Lebensfähigkeit großer Populationen in nährstoffärmeren Medien erklärt.

Es wird zunehmend in Zweifel gezogen, dass es sich bei Pelagibacter tatsächlich um einen frei lebenden Verwandten der obligat parasitischen Rickettsien handelt. Vielmehr dürfte der nach dem Prinzip der maximum parsimony statistisch errechnete Verwandtschaftsgrad auf einem Artefakt namens Compositional Bias beruhen.[1]


Kultivierung von Pelagibacter ubique[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der Kultivierung von P. ubique wurden natürliche mikrobielle Gemeinschaften verdünnt und in sehr niedrig dosierte Nährmedien isoliert. Das Nährmedium bestand aus sterilem Küstenwasser aus Oregon, das mit Phosphat (KH2PO4), Ammonium (NH4Cl) und einer Mischung aus definierten Kohlenstoffverbindungen ergänzt wurde. Bei der Isolierung der Zellen machte man sich die Tatsache zum Vorteil, dass die Substratkonzentration in natürlichem Meerwasser etwa ein Drittel von der in Labormedien beträgt. Nach der Isolation markierte man die Arrays der P. ubique-Kulturen mittels FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung), um die Sichtbarkeit Mikroskop zu verbessern.

Nach einer Inkubation bei 15 °C 23 Tage lang bei Dunkelheit oder in einem 14h/10h-Hell-Dunkel-Zyklus wurden kleine Volumina der Kulturen auf eine Polykarbonatmembran aufgetragen. Man untersuchte daraufhin die intergenischen Nukleotidsequenzen der isolierten Kulturen und stellte fest, dass es drei genetisch unterschiedliche Gruppen gibt, die sich jeweils nur um einige Nukleotide oder um eine Einfügung (engl. "insertion") oder Löschung (engl. "deletion") unterscheiden. Da in zwei der drei Gruppen (die dritte enthält nur eine Kultur) die Inkubation sowohl im Hell-Dunkel-Zyklus als auch nur bei Dunkelheit stattfand, konnte man eine Beeinflussung durch Licht ausschließen.

Die maximale Zelldichte variiert zwischen 2,5*105 Zellen pro ml und 3,5*106 Zellen pro ml, was davon abhängt, wo und wann die Proben entnommen wurden, aber unabhängig von der Kohlenstoffzusammensetzung ist. Auf Grund dieser Ergebnisse geht man davon aus, dass natürliche Faktoren die Population von P. ubique kontrollieren. Das ist von großer Bedeutung für die ozeanografische Forschung, denn das lässt den Schluss zu, dass man mit der Untersuchung des Wachstums von P. ubique chemische Faktoren im Wasser identifizieren könnte. Durch eine BLAST-Suche nach paralogen Genfamilien stellte man fest, dass P. ubique aus einem Duplikationsereignis heraus entstanden sein muss.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • N.A. Logan, H.M. Lappin-Scott, P.C.F. Oyston (Hrsg.): Prokaryotic Diversity: Mechanisms and Significance. Cambridge University Press, Cambridge und New York 2006, ISBN 0-521-86935-8.
  • Stephen J. Giovannoni u.a.: „Genome Streamlining in a Cosmopolitan Oceanic Bacterium“. In: Science, 19. August 2005, S. 1242-1245.
  • Steven Ashley: „Lean Gene Machine“. In: Scientific American, Dezember 2005, S. 26-8.
  • Michael S. Rappé u.a. : "Cultivation of the ubiquitous SAR11 marine bacterioplancton clade" , "Nature" Ausgabe August 2002, S. 630-633.

Weblink[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Quellen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Naiara Rodríguez-Ezpeleta, T Martin Embley: The SAR11 Group of Alpha-Proteobacteria Is Not Related to the Origin of Mitochondria. In: PLoS One. 7, Nr. 1, 2012, S. 22291975. doi:10.1128/JB.00934-06. PMC: 3264578 (freier Volltext). Abstract:Although free living, members of the successful SAR11 group of marine alpha-proteobacteria contain a very small and A+T rich genome, two features that are typical of mitochondria and related obligate intracellular parasites such as the Rickettsiales. Previous phylogenetic analyses have suggested that Candidatus Pelagibacter ubique, the first cultured member of this group, is related to the Rickettsiales+mitochondria clade whereas others disagree with this conclusion. In order to determine the evolutionary position of the SAR11 group and its relationship to the origin of mitochondria, we have performed phylogenetic analyses on the concatenation of 24 proteins from 5 mitochondria and 71 proteobacteria. Our results support that SAR11 group is not the sistergroup of the Rickettsiales+mitochondria clade and confirm that the position of this group in the alpha-proteobacterial tree is strongly affected by tree reconstruction artefacts due to compositional bias. As a consequence, genome reduction and bias toward a high A+T content may have evolved independently in the SAR11 species, which points to a different direction in the quest for the closest relatives to mitochondria and Rickettsiales. In addition, our analyses raise doubts about the monophyly of the newly proposed Pelagibacteraceae family.