Neues Schlüsselgen bei Blaualgen entdeckt

An der Universität Freiburg wurde ein neues Gen entdeckt, das Blaualgenwachstum unterstützt.

Quelle: Alexander Kraus/Universität Freiburg

17. April 2024 ǀ An der Universität Freiburg wurde ein neues Gen entdeckt, das Blaualgenwachstum unterstützt.

Cyanobakterien, auch als Blaualgen bekannt, gelten als die „Pflanzen des Ozeans“ aufgrund ihrer Fähigkeit, in enormen Mengen Photosynthese zu betreiben, Sauerstoff zu erzeugen und CO2 aus der Umgebung zu entfernen. Jedoch benötigen sie für diesen Prozess zusätzliche Nährstoffe wie Stickstoff. Ein Forscherteam unter der Leitung von Prof. Dr. Wolfgang R. Hess, einem Genetik-Professor an der Universität Freiburg, hat kürzlich ein bisher unbekanntes Gen entdeckt, das eine Schlüsselrolle in der Regulation des Stickstoff- und Kohlenstoffstoffwechsels spielt. Dies ermöglicht den Cyanobakterien, indirekt das Wachstum von Mikroorganismen zu steuern, die wiederum die Photosynthese fördern. Diese Erkenntnisse verdeutlichen, dass es komplexe und bislang unbekannte Wechselwirkungen selbst zwischen den kleinsten Organismen in der Umwelt gibt und dass eine Vielzahl von bisher unentdeckten Genen dabei eine wichtige Rolle spielt. Die Ergebnisse dieser Studie wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Das NirP1-Protein reguliert den Kohlenstoff-Stickstoff-Haushalt

Obwohl das Protein zu klein ist, um selbst enzymatische Funktionen auszuüben wie viele andere Proteine, konnte in Zusammenarbeit mit Dr. Philipp Spät und Prof. Dr. Boris Maček vom Proteomzentrum der Universität Tübingen gezeigt werden, dass NirP1 fest an ein Enzym binden kann, das normalerweise Nitrit in Ammonium umwandelt. Durch diese Bindung verhindert NirP1 diese Umwandlung, was dazu führt, dass sich Nitrit in der Zelle ansammelt. Dadurch werden weitere Stoffwechselveränderungen ausgelöst, die in Kooperation mit dem Team von Prof. Dr. Martin Hagemann an der Universität Rostock detailliert untersucht wurden. Letztendlich exportieren die Cyanobakterien das überschüssige Nitrit in die Umwelt. Dort fördert das zusätzliche Nitrit das Wachstum von nützlichen Mikroorganismen, die das Mikrobiom unterstützen, was wiederum förderlich für die Photosynthese der Cyanobakterien ist.

Die Zukunft der Mikrobiom-Forschung und Biotechnologie

Die Ergebnisse liefern Anregungen, um die Interaktionen zwischen Mikroorganismen und die Rolle der bisher weitgehend unbekannten regulierenden Gene weiter zu untersuchen, erklärt Hess. Zudem könnten kleine Proteinregulatoren wie NirP1 in Zukunft in der „grünen“ und „blauen“ Biotechnologie zur gezielten Steuerung des Stoffwechsels eingesetzt werden.

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