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Bakterien spielen eine zentrale Rolle beim Abbau organischer Substanz – sowohl im Boden als auch in Gewässern. Während die meisten Bakterien große Moleküle außerhalb ihrer Zellen verdauen und so anderen Mitgliedern der Gemeinschaft das Mitnutzen ermöglichen, nehmen einige Bakterien ganze Moleküle auf und verdauen sie intern – was als „egoistischer Polysaccharidabbau“ bezeichnet wird. Die Mikrobiologien Greta Reintjes war an einer Studie in Kroatien beteiligt.
In der Studie, die in der Fachzeitschrift Cell Reports von Cell Press veröffentlicht worden ist, dokumentieren Forschende erstmals den „egoistischen Polysaccharidabbau“ in Süßwasserökosystemen. In den kroatischen Seen Kozjak und Crniševo fanden sie heraus, dass das „Horten von Nährstoffen“ es egoistischen Arten ermöglicht, andere zu dominieren – was das Nahrungsnetz eines Sees beeinflussen kann und direkten Einfluss auf den Klimawandel haben kann.
„Bakterien spielen eine entscheidende Rolle im Nährstoffkreislauf von Seen, indem sie Polysaccharide (komplexe Zucker) abbauen. Ihre Fähigkeit, diese Zucker egoistisch zu konsumieren, beeinflusst die Verfügbarkeit von Kohlenstoff und anderen Nährstoffen im Ökosystem“, sagt Erstautorin Andrea Čačković vom Ruđer-Bošković-Institut.
Um die Rolle egoistischer Mikroorganismen in Süßwassersystemen zu untersuchen, verglich das Forschungsteam zwei verschiedene Seen in Kroatien: den nördlich gelegenen Kozjak-See – den größten und tiefsten See im Nationalpark Plitvicer Seen – sowie den südlicher gelegenen Crniševo-See.
Während der Kozjak-See oligotroph ist (also geringe Mengen an Nährstoffen und Algen enthält) und im Winter zufriert, liegt der Crniševo-See in einem mediterranen Klima und ist mesotroph (mit höheren Nährstoff- und Algenkonzentrationen).
Das Team sammelte Wasserproben im Frühling und Sommer 2022 sowie im Winter 2023 und analysierte die bakterielle Zusammensetzung in beiden Seen zu den verschiedenen Jahreszeiten. Im Labor inkubierten die Forschenden die Bakterien mit sechs unterschiedlich fluoreszenzmarkierten Polysacchariden, um zu untersuchen, ob die Bakterien die Moleküle egoistisch aufnahmen oder extern abbauten – und ob bestimmte Polysaccharide bevorzugt über den egoistischen Mechanismus verarbeitet wurden. Außerdem führten sie genetische Sequenzierungen durch, um die bakteriellen Gemeinschaften der beiden Seen zu vergleichen und jene Bakterienarten zu identifizieren, die den egoistischen Aufnahmemechanismus nutzten.
Sie zeigten, dass egoistische Bakterien in beiden Seen vorhanden waren, jedoch variierte die Intensität des egoistischen Verhaltens je nach Jahreszeit. Insgesamt wies der mesotrophe Crniševo-See eine größere bakterielle Vielfalt, eine höhere Gesamtbakterienzahl und eine stärkere egoistische Nährstoffaufnahme auf als der oligotrophe See.
„Es ist faszinierend, dass dieser Mechanismus, von dessen Existenz wir vor 2017 nichts wussten, auch in Süßwassersystemen vorkommt“, sagt Seniorautorin und Mikrobiologin Greta Reintjes von der Universität Bremen ().
Das Team war überrascht festzustellen, dass im mesotrophen See die egoistische Aktivität nach einer Phytoplanktonblüte im nährstoffreichen Sommer stark anstieg. Im Gegensatz dazu erreichte sie im oligotrophen Kozjak-See im nährstoffarmen Winter ihren Höhepunkt – ein Muster, das auch in marinen Ökosystemen beobachtet wurde.
„Im Crniševo-See war mehr egoistische Aktivität zu sehen, wenn mehr Material vorhanden war – das war völlig unerwartet“, sagt Reintjes. „Wir können das ökologisch noch nicht erklären – wir müssen weiter erforschen, welche spezifischen Organismen sich so anders verhalten und warum.“
Das Team stellte außerdem fest, dass bestimmte Polysaccharide mit höherer Wahrscheinlichkeit egoistisch abgebaut wurden als andere. In beiden Seen war das am häufigsten gehortete Polysaccharid Pullulan – ein Zucker, der von Pilzen produziert wird. Pullulan wurde im oligotrophen See bis zu 12 Prozent der Zeit und im mesotrophen See bis zu 7 Prozent der Zeit egoistisch abgebaut.
„Eine der überraschendsten Erkenntnisse war, dass Bakterien nicht alle Polysaccharide gleichermaßen abbauen“, sagt Čačković. „Stattdessen scheinen sie wählerisch zu sein, was die Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften prägen und das Nahrungsnetz des Sees beeinflussen könnte.“
Diese Dynamiken könnten durch den Klimawandel beeinflusst werden – besonders in kalten Seen wie dem Kozjak-See. „Wenn der See im Winter zufriert, bedeutet das eine Art Neustart für das System – und das könnte sich künftig verändern, da solche Frostperioden aufgrund des Klimawandels seltener werden“, sagt Mitautor und Mikrobiologe Sandi Orlić vom Ruđer-Bošković-Institut in Kroatien. „Zu verstehen, wie Zucker von unterschiedlichen Bakterien abgebaut wird, hilft uns, das globale Bild des Zucker- und Kohlenstoffkreislaufs zu begreifen – und wie dieser durch den Klimawandel beeinflusst wird.“
In Zukunft plant das Forschungsteam, genomische Methoden zu nutzen, um jene Gene und Enzyme zu identifizieren, die hinter dem egoistischen Mechanismus der Bakterien stehen. Außerdem wollen sie nach egoistischen Bakterien in weiteren Ökosystemen suchen.
„Ich kann es kaum erwarten, weitere Systeme zu testen und herauszufinden, ob diese egoistischen Bakterien tatsächlich überall vorkommen“, sagt Reintjes. „Letztendlich möchte ich verstehen, wie wichtig egoistische Organismen weltweit für den Kohlenstoffkreislauf sind.“
Das Projekt wurde durch Fördermittel des DAAD, der FEMS Research and Training Grant, der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Kroatischen Wissenschaftsstiftung unterstützt.
Dr. Greta Reintjes
Emmy Noether Forschungsgruppe
Mikroben-Kohlenhydrat-Interaktionen
Fachbereich Biologie/Chemie
Universität Bremen
Telefon: +49 421 2028-9710
E-Mail: reintjes@uni-bremen.de
DOI: 10.1016/j.celrep.2025.115415
http://Cell Reports, Čačković et al., „Selective heterotopic bacteria can selfishly process polysaccharides in freshwater lakes.“
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)00186-X
Dieses Mikroskopbild zeigt einzelne Bakterienzellen eines Mikrobioms (blau). Einige dieser Bakterien ...
MPI/ Bremen
Universität Bremen
Criteria of this press release:
Journalists
Biology, Environment / ecology
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
Dieses Mikroskopbild zeigt einzelne Bakterienzellen eines Mikrobioms (blau). Einige dieser Bakterien ...
MPI/ Bremen
Universität Bremen
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