Er lebt irgendwo im Grundwasser, aber niemand weiß genau wo. Unter Laborbedingungen kann man ihn nicht züchten. Aus bislang ungeklärten Gründen vermehrt er sich von Zeit zu Zeit explosionsartig, verstopft Brunnen, Siebanlagen und Sandfilter von Trinkwasseranlagen. Und laut Kilian Stoecker vom Department für Mikrobielle Ökologie ist er "einfach wunderschön": Nun soll eine neue Untersuchungsmethode das Geheimnis um den widerspenstigen Mikroorganismus Crenothrix polyspora (Brunnenfaden) lüften. |
Unter dem Mikroskop betrachtet, sieht ein einzelner Brunnenfaden (Crenothrix polyspora) mit seinen langen, grazilen Filamenten wie eine zarte, chinesische Tuschezeichnung aus. Viele Brunnenfäden auf einem Haufen sind weniger hübsch anzuschauen: In Massen bildet der Mikroorganismus große, schleimige Flocken, verstopft Brunnen und Siebanlagen und färbt das Grundwasser schmutzigbraun. Ende des 19. Jahrhunderts legte eine explosionsartige Vermehrung des Bakteriums die Trinkwasserversorgung der Großstädte Berlin und Rotterdam völlig lahm.
Solche plötzlichen "Bevölkerungsexplosionen" kommen bei C. polyspora immer wieder einmal vor - die Gründe dafür sind bis heute nicht geklärt. Dabei ist der Brunnenfaden schon lange bekannt: Bereits 1870 fertigte der deutsche Mikrobiologe Ferdinand Cohn detaillierte Zeichnungen des ungewöhnlichen Bakteriums an, das über das Grundwasser in Trinkwasseraufbereitungsanlagen gelangt und im Labor partout nicht wachsen will.
Mehr als hundert Jahre später tritt ein junger Wissenschafter der Universität Wien in Cohns Fußstapfen: Dipl.-Biol. Dr. Kilian Stoecker vom Department für Mikrobielle Ökologie hat es sich zum Ziel gesetzt, endlich das Geheimnis um den "schönen, aber widerspenstigen" Mikroorganismus zu lüften.
Methan zum Frühstück
Dabei steht dem Ökologen ein sehr viel umfangreicherer Pool an mikrobiologischen Untersuchungsmethoden zur Verfügung als seinem berühmten Kollegen aus dem vorletzten Jahrhundert: Mit einer Kombination der Methoden FISH (Fluoreszenz in situ Hybridisierung) und MAR (Mikroautoradiographie) konnte Stoecker in einer vielbeachteten Publikation in den "Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)" nachweisen, dass es sich beim Brunnenfaden um einen Mikroorganismus handelt, der das Treibhausgas Methan als Energie- und Kohlenstoffquelle nutzt. Damit ist C. polyspora das einzige bisher bekannte methanoxidierende Bakterium (MOB), das Fäden bildet.
Umweltprobe
Das ist jedoch noch immer nicht des Rätsels Lösung: "Wir wissen jetzt zwar, dass der Brunnenfaden Methan zum Leben braucht, aber wir haben es immer noch nicht geschafft, ihn im Labor zu züchten", so Stoecker.
Daher musste sich der Biologe für sein neues FWF-Projekt Proben aus der Umwelt besorgen - genauer gesagt aus einer norddeutschen Trinkwasseraufbereitungsanlage: "Dort haben meine KooperationspartnerInnen von der Universität Hamburg über 600 Liter Wasser durch ein feinmaschiges Sieb geschüttet. Was übrig blieb, war eine zu 90 Prozent mit Crenothrix angereicherte Biomasse."
Bahnbrechende Methode
Diese Umweltprobe soll nun mit einer neuen, spektakulären Schlüsselmethode analysiert werden: der sogenannten Raman-Mikrospektroskopie. Dabei werden die Bakterien mit einem bestimmten, mittels stabiler Isotope markierten Substrat "gefüttert" und anschließend Zelle für Zelle im Raman-Spektroskop mit einem Laser beschossen.
60 Sekunden unter Beschuss
Dieser Vorgang dauert nur knappe sechzig Sekunden - das Ergebnis ist allerdings sensationell: Die Daten, die nach einer Minute "ausgespuckt" werden, ermöglichen es, auf Einzelzellebene festzustellen, ob und wie viel Substrat die untersuchte Zelle aufgenommen hat.
"Darüber hinaus erlaubt die Einzelzell-Raman-Spektroskopie Einblicke in die biochemische Zusammensetzung der analysierten Zelle", schwärmt Stoecker. Damit hofft der Wissenschafter, neben der Klärung von Funktion, Ökophysiologie und den Wachstumsbedingungen von C. polyspora auch mehr über seinen komplexen Lebenszyklus in Erfahrung zu bringen.
Hier soll zum Beispiel die spannende Frage beantwortet werden, warum manche Brunnenfäden am Ende ihrer Filamente große, kugelförmige Zellen ausbilden (Makrogonidien), während andere Fäden aus ganz kleinen, dichter gepackten Zellkugeln (Mikrogonidien) bestehen.
Methode perfektionieren
Weltweit gibt es bislang nur zwei Raman-Spektroskope, die es ermöglichen, unkultivierte, mittels FISH identifizierte Mikroorganismen zu untersuchen. Eines davon befindet sich am Department für Mikrobielle Ökologie, nur ein paar verwinkelte Gänge und Treppen von Kilian Stoeckers Büro entfernt. Das ist auch deshalb vorteilhaft, da sich der engagierte Nachwuchswissenschafter noch ein weiteres Ziel gesteckt hat: die Raman-Spektroskopie methodisch zu perfektionieren. (br)
Das FWF-Projekt "Funktionelle Analyse von Crenothrix polyspora" unter der Leitung von Dipl.-Biol. Dr. Kilian Stoecker vom Department für Mikrobielle Ökologie startete im Mai 2008 und hat eine Laufzeit von zwei Jahren.
Publikation:
Kilian Stoecker et al.: "Cohn’s Crenothrix is a filamentous methane oxidizer with an unusual methane monooxygenase", in: PNAS (Feb. 2006) |
