Gefährdete Naturstoff-Apotheke im Korallenriff

Riffbildende Stein- und Feuerkorallen beherbergen ein komplexes Mikrobiom aus größtenteils unbekannten Arten, von denen ETH-Forschende nun einen Teil genetisch charakterisiert haben. Diese Mikroorganismen produzieren wertvolle Naturstoffe, die das Potenzial für neue Therapien und chemische Anwendungen bieten. Da Korallenriffe trotz ihrer geringen Fläche über ein Drittel aller marinen Arten beheimaten, stellt das durch die Meereserwärmung verursachte Sterben der Korallen seit den 1950er Jahren auch eine Bedrohung für tausende nützliche Mikroben dar.

Diese Kleinstlebewesen existieren oft in Symbiose mit Riffbewohnern und verteidigen ihren Wirt durch ein gewaltiges Arsenal an Wirkstoffen gegen Krankheitserreger und Fressfeinde. Eine aktuelle Studie der ETH-Forschungsgruppen um Shinichi Sunagawa und Jörn Piel, in Kooperation mit der EPFL und dem Tara Pacific Konsortium, belegt die Dimension dieses drohenden Verlusts. Das Team identifizierte dabei neue Mikroorganismen in Korallen und wies deren Fähigkeit nach, vollkommen neuartige Substanzen zu produzieren.

Proben enthalten eine Vielfalt an Mikroben

Für ihre Untersuchung analysierten die Forschenden rund 800 Korallenproben, die vor zehn Jahren während einer Expedition des Forschungsschiffs Tara quer durch den Pazifik gesammelt worden waren und überwiegend von riffbildenden Feuer- oder Steinkorallen stammten. Das Team sequenzierte zunächst die in den Proben enthaltenen mikrobiellen DNA-Fragmente und rekonstruierte daraus mithilfe von Hochleistungscomputern der ETH Zürich das Erbgut von 645 verschiedenen Bakterien- und Archaeenarten. „Für über 99 Prozent dieser Arten waren zuvor keine genomischen Informationen vorhanden, sie waren der Wissenschaft also nicht bekannt“, sagt Sunagawa.

Jede Koralle hat eigenes Mikrobiom

Ein Vergleich mit Wasserproben aus dem offenen Meer verdeutlichte zudem, dass diese Mikroorganismen nicht überall im Pazifik existieren, sondern spezifisch in den Riffen beheimatet sind. Dabei erweisen sie sich meist als hochspezialisiert auf eine bestimmte Korallenart, da sich zwischen den unterschiedlichen Korallengattungen kaum Überschneidungen fanden. Laut Sunagawa leben die Mikroorganismen oft auf der Oberfläche sowie in der Magenhöhle der Korallen und bilden gemeinsam mit ihrem Wirt ein komplexes ökologisches System, das mit dem Haut- und Darmmikrobiom des Menschen vergleichbar ist.

Erbgut enthält Anweisungen für Naturstoff-Produktion

Die Forschenden begnügten sich jedoch nicht mit der reinen Beschreibung neuer Arten, sondern untersuchten gezielt, welche biochemischen Substanzen diese Mikroben produzieren könnten. Bei der Analyse des Erbguts nach Bauplänen für die Herstellung von Naturstoffen stießen sie auf einen bislang unentdeckten Schatz. „Wir haben im Erbgut der im Riff angesiedelten Mikroorganismen mehr Potenzial für die Produktion von Naturstoffen gefunden als bisher im gesamten offenen Ozean“, so Sunagawa. Ein möglicher Grund hierfür ist die enorme Dichte an Lebewesen im Korallenriff: Wer in einem solch kompetitiven Umfeld über eine vielseitige Palette an Abwehrstoffen verfügt, sichert sich einen entscheidenden Überlebensvorteil.

Erst ein Bruchteil entdeckt

Die Resultate markieren für Sunagawa jedoch erst den Anfang: „In der aktuellen Studie haben wir Korallen aus drei verschiedenen Gattungen untersucht. Insgesamt sind aber mehrere hundert Gattungen mit mehreren tausend Arten bekannt.“ Auch die Mikrobiome weiterer artenreicher Meeresorganismen wie Schwämme, Weichtiere und Algen gelten bislang als unzureichend erforscht. Das Ausmaß dieser Wissenslücken und die damit verbundenen Folgen stufen die Forschenden als besorgniserregend ein, da ein weiterer Rückgang der Biodiversität in den Riffen den unwiederbringlichen Verlust tausender, größtenteils unbekannter Mikroorganismen bedeutet.

„Die molekulare Erforschung von Korallenriffen birgt enorme Möglichkeiten für biotechnologische oder medizinische Anwendungen“, so Piel. Angesichts des rasanten Artensterbens mahnt Sunagawa zur Eile: „Wir stehen unter Zeitdruck, dieses Potenzial zu erschliessen und zu behüten.“ Der Schutz der Korallenriffe müsse daher zwingend auch deren Mikrobiom als integralen Bestandteil mit einbeziehen.

Quelle

Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) (02/2026)