Zahlreiche Mikroorganismen schlummern in historischen Sammlungen, doch neue Methoden machen ihre Vielfalt und ihr Potenzial für die Forschung sichtbar. Ein wissenschaftliches Team um Prof. Christian Jogler von der Friedrich-Schiller-Universität Jena untersuchte eine Sammlung mit Bakterienstämmen, die zwischen den 1980er- und den frühen 2000er-Jahren von Heinz Schlesner aus verschiedenen Gewässern in Norddeutschland isoliert wurden. Sie stammten aus dem Ostseefjord Schlei, aus Teichen und aus einer Abwasserlagune.
Neue Gattung mit ungewöhnlicher Zellbiologie
Mithilfe moderner Genomsequenzierung und phylogenetischen Analysen zeigten die Forschenden, dass vier dieser Bakterienstämme bislang unbekannte Arten repräsentieren. Diese neue Gattung lässt sich den Planctomyceten zuordnen, einer vergleichsweise wenig erforschten Bakteriengruppe mit ungewöhnlicher Zellbiologie. Diese neue Gattung der Brakhagea-Arten vermehren sich – wie viele Planctomyceten – nicht durch klassische Zweiteilung, sondern durch Knospung, die man vor allem bei Hefepilzen kennt. Eine kleine Tochterzelle wächst an einer größeren Mutterzelle heran und löst sich später ab.
Die Forschenden fanden neben der außergewöhnlichen Vermehrungsform vor allem den Blick ins Erbgut der neu identifizierten Arten interessant: Sie entdeckten mehrere Biosynthese-Gencluster. Solche Gencluster weisen darauf hin, dass Mikroorganismen bioaktive Naturstoffe bilden können. Die Autoren bezeichnen die neuen Bakterien daher als mögliche „talented producers“, potenziell begabte Produzenten biologisch wirksamer Verbindungen. Damit schlägt die Arbeit eine Brücke zu einem zentralen Forschungsschwerpunkt des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI): der Suche nach mikrobiellen Naturstoffen als Basis für neue Therapeutika und dem Verständnis ihrer Rolle in infektionsbiologischen Prozessen.
Neue Verfahren bieten vielfältige Möglichkeiten
Vor der Untersuchung hatten die Bakterienstämme bereits eine kleine Reise hinter sich. Von der Universität Kiel gelangten sie zunächst nach Regensburg, wo Studienleiter Jogler sie persönlich abholte und nach Jena brachte. „Heute können wir mit Methoden auf diese Bakterien schauen, die es zur Zeit ihrer Isolation noch gar nicht gab. Als 2003 erstmals das vollständige Genom eines Planctomyceten sequenziert wurde, war die anschließende Auswertung und Einordnung noch ein aufwendiger Prozess mit viel manueller Arbeit, der gut ein Jahr dauerte. Heute gelingen vergleichbare Analysen mit modernen bioinformatischen Verfahren weitgehend automatisiert in wenigen Minuten. Das eröffnet neue Möglichkeiten, die Vielfalt dieser Bakterien und ihr Potenzial für Naturstoffe zu erforschen“, so Jogler.
Namensgeber aus der Mikrobiologie
Die neue Gattung trägt den Namen eines Professors der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Mit der Bezeichnung Brakhagea würdigten die Forschenden die Beiträge von Axel Brakhage im Bereich der Mikrobiologie. Der wissenschaftliche Direktor des Leibniz-HKI verbindet in seiner Arbeit seit Jahrzehnten die Erforschung humanpathogener Pilze mit der Entdeckung neuer Naturstoffe und der Frage, wie mikrobielle Wirkstoffe für Antibiotika oder andere therapeutische Ansätze nutzbar gemacht werden können. Mit diesem interdisziplinären Ansatz prägte er die Forschungsstrategie in Jena entscheidend mit. „Ich freue mich über diese besondere Würdigung und über den klaren Bezug zu einem meiner Forschungsschwerpunkte, den wir am Leibniz-HKI bearbeiten. Das Potenzial von Mikroorganismen, chemische Verbindungen zu bilden, kann die Grundlage für neue Wirkstoffkandidaten gegen Infektionskrankheiten sein“, sagte Brakhage, der das Forschungsteam anlässlich seiner Benennung im Jogler Lab besuchte. Bei einer gemeinsamen Tour durch das Labor zeigte ihm das Team die neu beschriebenen Bakterien und gab Einblicke in die Genomanalysen, mit denen sie untersucht wurden. „Es ist immer wieder erstaunlich zu sehen, welche Schätze in mikrobiellen Sammlungen verborgen sein können. Was vor Jahrzehnten gesammelt wurde, erhält durch moderne Technologien plötzlich eine neue Bedeutung“, so Brakhage. „Auch wenn es nun Bakterien und keine Pilze sind, die meinen Namen tragen, so passt es doch sehr gut, dass sie mit ihrem Potenzial der Wirkstoffsynthese hervorragende Beispiele für die Apotheke aus der Natur bilden. Obwohl ich als Wissenschaftler sehr rational an die Dinge herangehe, muss ich bekennen, dass mich eine solche Ehrung auch persönlich berührt“, sagte Brakhage, als ihm das Forschungsteam eine persönlich gestaltete Urkunde zur Benennung der neuen Gattung überreichte.
Quelle: idw/Leibniz-HKI
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