Archaea sind neben Bakterien hauptverantwortlich für die Nitrifikation und damit für einen Schlüsselprozess im Stickstoffkreislauf: Hierbei wird unter Sauerstoffzufuhr Ammoniak über Nitrit zu Nitrat umgewandelt. Die Ammoniak-oxidierenden Archaea (AOA) sind der Forschung dabei erst seit 2005 bekannt. Ihre große Verbreitung - Archaea bilden einen der drei Domänen des Lebens und zählen zu den häufigsten vorkommenden Mikroorganismen auf der Erde – ließ die Forschung schnell auf ihre große Bedeutung für die Umwelt schließen.
„Ammoniak-oxidierende Archaea nutzen Kupfer-haltige Enzyme, um Ammoniak in Nitrit zu überführen. Bisher ist unklar, wie die Einzeller im Boden und Wasser das Kupfer akquirieren. Wir wollen die molekularen Mechanismen dafür finden“, sagt Postdoc Carolina Reyes vom Department für Umweltgeowissenschaft. Ihr Projekt „CORA – Copper Acquisition“ ist in den Forschungsgruppen des Umweltgeochemikers Stephan Krämer (Department Umweltgeowissenschaften) und der Mikrobiologin Christa Schleper (Department für Ökogenomik und Systembiologie) angesiedelt. Das Projekt ist somit ideal in zwei Gruppen verankert, die sich intensiv mit der Umweltgeochemie der Nährstoffakquisition bzw. mit der Charakterisierung von Archaea befassen.
Auf der Suche nach molekularen Mechanismen
Welche Proteine sind bei der Kupferaufnahme durch AOA involviert? Wie unterscheidet sich die Kupferaufnahme zwischen AOA, die aus Böden entstammen, und jenen, die aus Gewässern isoliert wurden? Welche verschiedenen Strategien für die Kupferaufnahme gibt es? Das zweijährige Forschungsprojekt soll hier Antworten liefern. „Von den Bakterien kennen wir bereits verschiedene Modelle, wie das Kupfer aufgenommen wird“, sagt Stephan Krämer, Leiter des Departments für Umweltgeowissenschaften. Bei Archaea gebe es hingegen bisher nur Hypothesen, wie sich dieser Prozess als Teil des Stoffwechsels der Einzeller vollzieht.
Im Projekt werden detaillierte Untersuchungen mit dem in der Forschungsgruppe von Christa Schleper beschriebenen Organismus Nitrososphaera viennensis durchgeführt. Der Organismus wurde 2011 aus dem Garten des Departments für Ökogenomik und Systembiologie in der Althanstraße isoliert. „Das Genom von N. viennensis weist wie das der übrigen bekannten Vertreter der AOA eine erstaunliche Anzahl von Genen für Kupfer-abhängige Enzyme auf. Daher erwarten wir hier besonders effiziente Systeme für die Kupferaufnahme“, so Christa Schleper, Leiterin der „Division of Archaea Biology and Ecogenomics“ der Fakultät für Lebenswissenschaften.
Im gemeinsamen Projekt wird die Hypothese getestet, dass AOA bei Kupfermangel die Geochemie ihrer Umgebung verändern, um Kupfer verfügbar zu machen. Dabei könnten hochspezialisierte Liganden eine Rolle spielen, sogenannte Metallophore, die mit dem Kupfer extrem stabile lösliche Komplexe bilden und von den Organismen aufgenommen werden können. Dies könnte letztlich einen wichtigen Einfluss auf die Umwandlungsrate von Ammoniak durch die Einzeller bewirken. Ziel des Projektes ist, zum grundlegenden Verständnis für die Kupferaufnahme durch AOA beizutragen.
Kontakte:
Univ.-Prof. Dipl.-Geol. Dr. Stephan Krämer
Leiter des Departments für Umweltgeowissenschaften, Universität Wien
+43-1-4277-534 63
+43-664-60277-534 63
stephan.kraemer@univie.ac.at
Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr. Christa Schleper
Leiterin der Division für Archaea Biology and Ecogenomics des Departments für Ökogenomik und Systembiologie der Fakultät für Lebenswissenschaften, Universität Wien
+43-1-4277-765 10
+43-664-60277-765 10
christa.schleper@univie.ac.at
