Charakterisierung anaerob Methan-oxidierender Konsortien

Für mehr als 30 Jahre war die Sulfat-abhängige anaerobe Oxidation von Methan (AOM), die in vielen marinen Sedimenten beobachtet wird ein geochemisches Rätsel. Seit etwa einem Jahrzehnt wissen wir, dass für diese Reaktion mikrobielle Konsortien aus anaeroben methanotrophen Archaea (ANME) und Sulfat-reduzierenden Bakterien (SRB) verantwortlich zeichnen. Diese syntrophen Gemeinschaften leben in Sedimentschichten in denen sowohl Sulfat als auch Methan vorhanden sind und stellen den Großteil der Biomasse in Sedimenten über Eis- artigen Methan-Reservoiren, sogenannten Methan-Hydraten. Erst kürzlich konnte gezeigt werden, dass die AOM auch mit Hilfe anderer Elektronen-Akzeptoren als Sulfat ablaufen kann, aber Daten über die Biologie der verantwortlichen Organismen und ihre Verteilung in der Umwelt sind nur sehr spärlich vorhanden. Trotz ihrer Bedeutung in biogeochemischen Zyklen ist die Molekularbiologie der in der AOM involvierten Konsortien kaum verstanden. Berechnungen der zu Grunde liegenden Energie-konservierenden Reaktion offenbaren, dass die Mikroben am thermodynamischen Limit des Lebens angesiedelt sind. Dies ist konsistent mit den in situ beobachteten Generationszeiten von mehreren Monaten. Umso mehr überrascht es, dass diese Organismen für den Konsum eines Großteils des in den Sedimenten der Weltmeere produzierten Methan verantwortlich sind und damit von außerordentlicher Bedeutung für das globale Klima sind. In dem vorgelegten Projekt sollen ANME/SRB- Konsortien die mit Hilfe von Eisen, Mangan, Nitrat oder Sulfat als Elektronen-Akzeptor AOM betreiben in Labor- Mesokosmen untersucht werden. Mittels Kombination von Metaproteomik und Nanometer Sekundärionen Massenspektrometrie (NanoSIMS) sollen essentielle Proteine dieser Mikroben-Gemeinschaften identifiziert und auf Einzel-Zell- bzw. subzellulärer Ebene lokalisiert werden. Zusätzlich werden Proteine die in vorherigen Studien mit diesen Konsortien in Verbindung gebracht wurden sowie das Expressions-Muster ausgewählter Proteine unter unterschiedlichen Umweltbedingungen untersucht. Letztlich sollen die Informationen aus diesen Untersuchungen miteinander und mit den Daten der zugleich durchgeführten chemischen und geochemischen Analysen der Mesokosmen in Beziehung gesetzt werden. Durch die bisher einzigartige Kombination dieser beiden High-end Techniken werden auf elegante Weise die beiden Extreme der für Mikroben relevanten Größenmaßstäbe verbunden, das Ökosystem und die einzelne Zelle. Wir erwarten dadurch fundamentale neue Einsichten in die Funktion und Organisation dieser unkultivierten Mikroorganismen und ihren Einfluss auf die Biogeochemie im mikroskopischen bis globalen Maßstab zu gewinnen. Weiters hat das vorgelegte Projekt das Potential neue Ideen über die allgemeinen Prinzipien syntropher Lebensgemeinschaften in der Natur zu liefern.