Kolonien von Halobakterien wachsen nur auf Nährböden mit hohem Salzgehalt. © Felicitas Pfeifer, Darmstadt
Genau vor 100 Jahren wurden sie entdeckt – die aktuelle Mikrobe des Jahres: Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den rötlichen Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf einen festen Nährboden- und entdeckte einige Wochen später die roten Kolonien eines „Salzbakteriums“. Heute heißt der Mikroorganismus Halobacterium salinarum und wurde gerade zur Mikrobe des Jahres 2017 gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM).
Manche mögen’s rot und salzig
Halobacterium salinarum ist kein Baktrium. Die Mikrobe zählt zu den Archaeen – Urformen des Lebens, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind. Archaeen sind oft an sehr außergewöhnliche Lebensräume angepasst – so beispielsweise an heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie im Fall von H. salinarum – an hohe Salzkonzentrationen. Dank spezieller Kanalproteine in seiner Zellhülle kann H. salinarum seinen Salzgehalt an die äußeren Bedingungen anpassen. Man mag es kaum glauben, aber er kann sogar in Salzkristallen hunderte von Jahren überleben.
Halobacterium salinarum wächst besonders gut in Salinen und Salzlaken, die er rot-violett färbt, da er rote Farbstoffe enthält. Diese Farbstoffe (Karotinoide) reichern sich in der Nahrungskette an: kleine Salzkrebse fressen die Mikroben, von denen sich wiederum Flamingos ernähren. So kommen die Vögel zu ihrem auffälligen rosarotem Federkleid.
Einzellige Urform des Sehens
Bacteriorhodopsin aus der Zellhülle von Halobacterium salinarum wechselt bei Belichtung seine Farbe und transportiert Wasserstoff-Ionen – Eigenschaften, die für technische Verwendungen nutzbar sind. © MPG / Wolfgang Filser
Die Haloarchaeen, wie sie korrekterweise genannt werden, verfügen über eine besondere Form der Photosynthese. Dazu nutzen sie zur Lichtabsorption Bakteriorhodopsin anstelle von Chlorophyll. Diese Pigmente, die das Licht in für die Zelle verwertbare Energie verwandeln, kommen in der Zellhülle von Halobacterium vor. Dabei wechselt die Farbe des Bacteriorhodopsin von violett zu geb. Das Faszinierende daran: ein vergleichbares Rhodopsin ist in unserem Auge für den Sehvorgang verantwortlich. Die Evolution der molekularen Grundlage unseres Sehsinns hat vermutlich seine Wurzeln in diesen uralten Mikrobenformen.
Lichtschalter für Heilmethoden der Zukunft
Neben dem Bacteriorhodopsin hat man bei den Archaeen noch weitere Rhodopsine entdeckt, die als Werkzeuge im hochaktuellen Forschungsfeld der Optogenetik zum Einsatz kommen. Der Einbau in der Nervenzellen ermöglicht es, deren Aktivität durch „molekulare Lichtschalter“ an und auszuschalten und so neurodegenerative Erkrankungen besser zu erforschen z B. Netzhauterkrankungen, Parkinson oder Epilepsie.
Taucher mit Propellerantrieb
Die Mikrobe des Jahres bietet noch eine weitere Besonderheit: Sie reguliert ihre Zelldichte mithilfe von speziellen Gasvesikeln, die mit Luft gefüllt und von einer wasserdichten Proteinhülle umschlossen sind. Wie ein Taucher kann Halobacterium so in bestimmten Wassertiefen schweben und für sich optimale sauerstoff- und Lichtverhältnisse aktiv aufsuchen.
Dank eines Antriebs mit langen Fortsätzen kann die Mikrobe in diesen Wasserschichten auch umherschwimmen und sich nach dem Prinzip eines Propellers durch die zähe Salzlösung „schrauben“. Die Archaeen haben dafür einen eigenen molekularen Drehmotor erfunden, der auf ein zelleigenes Signal hin die Drehrichtung und damit die Orientierung ändern kann.
Alles in allem also ei sehr interessanter Mikroorganismus: Halobacterium hat sich übrigens auch noch als äußerst strahlungsresistent erwiesen: Die Mikroben überstanden einen monatelangen Flug im Außenbereich der internationalen Raumstation ISS.
Weitere Informationen findet ihr unter Mikrobe des Jahres.
Mit mikrobiologischen Grüßen
Susanne