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Erde|Umwelt

Bakterium verwertet sowohl Schwefel als auch Methan

Bakterium
Elektronenmikroskopische Aufnahme des Bakteriums Methylovirgula thiovorans HY1. © Sung-Keun Rhee

Feuchtgebiete wie Sümpfe und Moore sind bedeutende Quellen und Lagerstätten des Treibhausgases Methan. Wie viel Methan die jeweiligen Gebiete freisetzen, hängt unter anderem von den darin befindlichen Bakteriengemeinschaften ab. Während man bisher davon ausging, dass Bakterien je nach Art entweder Methan oder Schwefel verstoffwechseln können, haben Forscher nun eine Spezies entdeckt, der beide zeitgleich als Energiequelle nutzen kann. Die Entdeckung wirft ein neues Licht auf die Regulation der Schwefel- und Methankreisläufe in Feuchtgebieten.

Methan ist eines der stärksten Treibhausgase und verantwortlich für rund 15 Prozent des gesamten Treibhauseffekts. Es entsteht vor allem, wenn organisches Material ohne Sauerstoff von Mikroorganismen zersetzt wird. Diese sogenannte anaerobe Zersetzung findet in der Natur vor allem in Feuchtgebieten oder am Meeresgrund statt. Allerdings gelangt nur ein kleiner Teil des erzeugten Methans tatsächlich in die Atmosphäre. Auf dem Weg an die Oberfläche wird ein Teil des Methans von sogenannten methanoxidierenden Bakterien aufgenommen, die das Methan als Energiequelle nutzen. Einen Einfluss auf den Methankreislauf haben zudem Bakterien, die Schwefel verstoffwechseln: Sie konkurrieren mit den methanproduzierenden Mikroorganismen und können so dafür sorgen, dass weniger Methan entsteht.

Schwefel und Methan als Nahrung

„Bislang wurde klar unterschieden zwischen Mikroorganismen, die Schwefel verstoffwechseln und solchen, die Methan verstoffwechseln“, erklärt ein Forschungsteam um Joo-Han Gwak von der Chungbuk National University in Korea. „Wir haben nun ein aerobes methanoxidierendes Bakterium isoliert, das über Stoffwechselfähigkeiten verfügt, die in bisher keinem anderen Methan verstoffwechselnden Organismus gefunden wurden: Methylovirgula thiovorans HY1 ist das erste Bakterium, das nachweislich sowohl Methan als auch reduzierte Schwefelverbindungen oxidiert, um zu wachsen.“ Das Team entdeckte die neue Mikrobenart in Proben aus einem Hochmoor im Nordosten Südkoreas.

Um den genetischen Grundlagen des Stoffwechsels von Methylovirgula thiovorans auf die Spur zu kommen, analysierten Gwak und seine Kollegen sowohl das Genom als auch die Genprodukte des Bakteriums. Auf diese Weise wiesen sie verschiedene Stoffwechselwege nach, die unabhängig voneinander einzeln oder gleichzeitig ablaufen können, um die beiden unterschiedlichen Ausgangsstoffe zu verarbeiten. Bekannt waren die einzelnen Stoffwechselwege bereits von Bakterien, die entweder nur organische Verbindungen wie Methan oder nur anorganische Schwefelverbindungen nutzen. Doch die neu entdeckte Spezies kann beides. Aktiviert werden die unterschiedlichen Stoffwechselwege offenbar jeweils abhängig davon, welches Substrat gerade zur Verfügung steht.

Doppelte Funktion für weniger Methan

Mit seinen kombinierten Fähigkeiten erfüllt Methylovirgula thiovorans HY1 den Forschern zufolge eine doppelte Funktion in der Methanregulation: Die Stoffwechselwege, die reduzierte Schwefelverbindungen nutzen, greifen auf die gleichen organischen Materialien zurück, die auch methanerzeugende anaerobe Mikroorganismen nutzen. Durch diese Konkurrenz bleibt weniger organisches Material für die methanerzeugenden Mikroorganismen übrig, sodass weniger Methan entsteht. Zugleich baut das Bakterium bei Bedarf auch das von anderen Mikroben erzeugte Methan ab, gewinnt daraus zusätzlich Energie für sein Wachstum und sorgt auch so dafür, dass weniger Methan in die Atmosphäre gelangt.

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„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Bakterien, die sich sowohl von Methan als auch von Schwefel ernähren können, eine bisher übersehene Komponente der Methan- und Schwefelkreisläufe in der Umwelt sind“, schreiben die Forscher. „Dies schafft einen Rahmen für ein besseres Verständnis dieser Zyklen aus Oxidation und Reduktion in natürlichen und künstlichen Feuchtgebieten.“

Quelle: Joo-Han Gwak (Chungbuk National University, Korea) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2114799119

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