Ein internationales Forschungsteam, unter der Leitung der Mikrobiologen Marc Mussmann und Alexander Loy von der Universität Wien, hat einen faszinierenden mikrobiellen Stoffwechselmechanismus entdeckt, bei dem bestimmte Bakterien in der Lage sind, Eisenmineralien durch den Abbau von giftigem Sulfid zu „atmen“. Diese neuartigen Mikroben, die als MISO-Bakterien (Microbial Iron Sulfide Oxidizers) bezeichnet werden, zeigen eine bemerkenswerte Fähigkeit, schädliches Schwefelwasserstoffgas nicht nur zu oxidieren, sondern es auch für ihr eigenes Wachstum zu nutzen. Diese Entdeckung könnte weitreichende Implikationen für die Umwelt haben, insbesondere zur Bekämpfung der Ausbreitung von sauerstoffarmen „Todeszonen“ in Gewässern.
In der Veröffentlichung, die kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Nature erschienen ist, erklären die Forscher, wie der Stoffwechsel dieser Mikroben nicht nur chemisch, sondern auch biologisch abläuft. Während herkömmliche chemische Reaktionen zwischen Sulfid und Eisenmineralien normalerweise zu einem langsamen Abbau führen, optimieren die MISO-Bakterien diesen Prozess, indem sie direkt Elementar-Schwefel und Eisenmonosulfid (FeS) produzieren. Diese biochemische Reaktion ist signifikant schneller als die chemische Reaktion, was darauf hindeutet, dass diese Bakterien eine zentrale Rolle in der Natur bei der Entgiftung von Sulfid spielen.
Die biogeochemischen Kreisläufe, die durch diesen neu entdeckten Stoffwechselmechanismus beeinflusst werden, sind essenziell für das Verständnis des Klimas und der Nährstoffverfügbarkeit in verschiedenen Ökosystemen. Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel und Eisen sind in ständiger Bewegung zwischen Atmosphäre, Wasser, Boden und Lebewesen und spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung von Treibhausgasen. Mikroben sind in diesen Prozessen von zentraler Bedeutung, da sie verschiedene Verbindungen zur Energiegewinnung nutzen – ähnlich wie Menschen Sauerstoff zum Atmen benötigen.
In sauerstoffarmen Umgebungen, wie sie häufig am Meeresboden oder in Feuchtgebieten vorkommen, sind Schwefel- und Eisenverbindungen für das Überleben der Mikroben von großer Bedeutung. In diesen Lebensräumen sind sie oft mit der Produktion von Schwefelwasserstoff konfrontiert, einem toxischen Gas, das den charakteristischen Geruch von faulen Eiern hat. Die MISO-Bakterien nutzen die Wechselwirkungen zwischen diesen Schwefelverbindungen und Eisenmineralien, um die Konzentration von Sulfid zu regulieren.
Die Ergebnisse der Forschung zeigen, dass MISO-Bakterien in der Lage sind, CO2 zu fixieren und gleichzeitig giftiges Sulfid zu entfernen. Diese Doppelrolle könnte eine entscheidende Funktion bei der Verringerung der schädlichen Auswirkungen von Umweltauswirkungen wie Eutrophierung und Klimawandel spielen. Durch die Umwandlung von Sulfid in Sulfat tragen diese Mikroben dazu bei, die Entstehung von sauerstoffarmen Zonen in Gewässern zu verhindern, die für viele aquatische Organismen lebensbedrohlich sind.
Zusätzlich zeigt die Studie, dass MISO-Bakterien in einer Vielzahl von natürlichen und anthropogen beeinflussten Umgebungen vorkommen, was ihre globale Relevanz unterstreicht. In marinen Sedimenten könnte dieser neue Stoffwechselmechanismus bis zu 7 % der globalen Sulfidoxidation zu Sulfat ausmachen, insbesondere in Gebieten mit hohem Zustrom reaktiven Eisens, wie es bei Schmelzwasser aus Gletschern der Fall ist.
Die Entdeckung dieser Mikroben und ihres einzigartigen Stoffwechsels erweitert unser Wissen über die Komplexität der mikrobiellen Ökologie und deren Bedeutung in den globalen Stoffkreisläufen. Diese Erkenntnisse könnten nicht nur für die Grundlagenforschung von Bedeutung sein, sondern auch praktische Anwendungen in der Umweltbiotechnologie und der Ökologie finden. Es ist ein weiterer Beweis dafür, wie vielseitig Mikroorganismen sind und wie sie zur Aufrechterhaltung des ökologischen Gleichgewichts auf unserem Planeten beitragen können.
