Neu entdecktes Myxobakterium in einer Cyanobakterien-WG betreibt Fotosynthese

Ein Forschungsteam des Leibniz-Instituts DSMZ hat das mikrobielle Ökosystem im direkten Umfeld von Cyanobakterien – die Cyanosphäre – hochaufgelöst charakterisiert. Die Analysen fokussierten sich auf die Identifizierung bislang unbekannter Begleitbakterien, die maßgeblich zur Vitalität der Cyanobakterien beitragen. Von besonderem wissenschaftlichen Interesse ist dabei die Entdeckung eines neuartigen Myxobakteriums, welches die Fähigkeit zur Fotosynthese besitzt.

Das Mikrobiom der Cyanobakterien

In der vorliegenden Studie analysierte das Forschungsteam über 30 Kulturen des fadenförmigen marinen Cyanobakteriums Coleofasciculus, einem für den Küstenschutz essenziellen Primärproduzenten biologischer Matten in der Gezeitenzone. „Da es in den meisten Fällen nicht ohne weiteres möglich ist, die spannendsten Begleitbakterien im Labor in Reinkultur zu züchten, waren wir zunächst auf moderne molekularbiologische Methoden angewiesen,“ erläutert Professor Petersen. „Wir konnten zeigen, dass die Hochdurchsatz-Sequenzierung des kompletten 16S rRNA Gens mit angrenzender ITS Region (16S-ITS) und darauf aufbauend die Metagenomik die entscheidenden Werkzeuge für eine zeitgemäße und umfassende Charakterisierung der komplexen Konsortien sind.“

Allein im Mikrobiom des Isolats Coleofasciculus sp. WW12 wurden via NGS und Metagenom-Assembling mehr als 70 distinkte Begleitbakterien-Spezies identifiziert. Die Genomdaten indizieren ein hohes Maß an mikrobieller Dunkelmaterie. Über 60 dieser Taxa waren bislang unbeschrieben, wobei erste Repräsentanten bereits erfolgreich in Subkultur überführt wurden.

Von herausragendem biotechnologischem Interesse ist die Identifikation des neuartigen Myxobakteriums Candidatus Photomyxococcus marinus gen. nov., sp. nov.. Vertreter dieser Ordnung sind klassischerweise für ihr räuberisches Verhalten und die Synthese bioaktiver Sekundärmetabolite bekannt. „In diesem Fall allerdings besitzt das neu entdeckte Bakterium auch das komplette Repertoire an Genen, mit denen es Fotosynthese betreiben kann. In Einklang mit einer metagenomischen Umweltstudie ist dies die weltweit erste Entdeckung eines bereits ‚kultivierten‘ phototrophen Myxobakteriums“, informiert Pia Marter.

Die evolutionären Hintergründe dieser dualen metabolischen Strategie zur Energiegewinnung sind Gegenstand laufender Folgeuntersuchungen. Flankierend wird die Etablierung einer Axenik angestrebt, um den Organismus physiologisch vollständig zu charakterisieren und die metabolischen Interdependenzen innerhalb dieses synloziellen Konsortiums zu entschlüsseln.

Die Cyanosphäre – unentdeckte Schatzkiste der Biodiversität

Cyanobakterien (historisch „Blaualgen“) zeichnen sich durch eine globale Verbreitung in ubiquitären Habitaten aus. Aufgrund ihrer oxygenen Fototrophie fielen sie lange Zeit in den Fokus der Botanik und nehmen in der modernen Mikrobiologie eine Sonderstellung ein. Da die zeitintensive Etablierung axenischer Reinkulturen für die taxonomische Erstbeschreibung neuer Taxa nicht zwingend erforderlich ist, weisen die meisten Isolate eine komplexe, weitgehend uncharakterisierte Begleitflora auf. Die Deponierung solcher cyanobakteriellen Konsortien in der DSMZ sichert eine umfassende Konservierung der biologischen Diversität dieser Mikroorganismen.

„Mit unseren bisherigen Untersuchungen im Rahmen des sammlungsbezogenen Forschungsprojektes konnten wir zeigen, dass wir in der Lage sind, auch die ´Mitbewohner` der Cyanobakterien über Jahre hinweg stabil zu kultivieren,“ fasst Prof. Dr. Jörn Petersen zusammen. „Somit stellen diese Bakterien und ihre Begleitflora eine Art Zeitkapsel dar, in der das ursprüngliche Ökosystem konserviert wird.“ Für die weltweite Forschung stellt die DSMZ das definierte Mikrobiom von Coleofasciculus als intaktes Konsortium zur Verfügung; ausgewählte Begleitbakterien dieses Syntrophiesystems sind bereits separiert und als Reinkulturen über den Katalog verfügbar.

Quelle

Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (05/2026)