Identifikation von Genen und Mikroorganismen, die an der dissimilatorischen Fe(III)-Reduktion beteiligt sind

Abstract

Die dissimilatorische Fe(III)-Atmung ist eines der frühesten Atmungssysteme und eventuell sogar die erste anaerobe Atmung überhaupt. Mikroorganismen, die dieses System beherbergen, verbinden die Elektronenübertragung unterschiedlicher Elektronenspender auf den Terminalelektronenakzeptor Fe(III) mit ihrem Wachstum. Diese spezielle Atmung hat sowohl eine Funktion in den Bioremediations- und Biokorrosionsprozessen als auch in der Erzeugung von Elektrizität von bioorganischem Material, was dessen großes Potential für zukünftige Innovationen zeigt. Die Fe(III)-Atmung kommt in phylogenetisch unterschiedlichen und in verschiedenen marinen und terrestrischen Lebensräumen lebender Prokaryonten vor. Bis jetzt konnten nur einige der Elektrontransportproteine der Fe(III)-Atmung von wenigen Mikroorganismen identifiziert werden. Die Atmungsmodelle stammen aus Stämmen der Shewanella und Geobacter. In dieser Studie wurden die Bestandteile der dissimilatorischen Fe(IIII)-Atmung über die kultivierungsabhängigen und phylogenetischen Grenzen hinweg metagenomisch analysiert. Dazu wurden die aus Boden- und Sedimentproben hergestellten Umweltgenbanken mit Hilfe eines funktionsbasierten Screeningverfahrens nach terminalen Fe(III)-Reduktasen durchmustert. Dabei konnten ungefähr von 4 Millionen Klonen sechs Positivklone mit einer dissimilatorischen Fe(III)-Reduktase-Aktivität identifiziert werden. Die Sequenzanalysen der geklonten metagenomischen DNA-Fragmente ergaben eine Ähnlichkeit sowohl zu den Actinobacteria, Firmicuten, als auch zu den α, β, und γ Untergruppen der Proteobacteria. Die identifizierten Genprodukte zeigten Ähnlichkeiten mit den Oxydoreduktasen, Cytochrome C oder zu Proteinen, die eine unbekannte Funktion beim Aufbau einer dissimilatorischen Fe(III)-Atmung im Wirt haben. Ferner wurden Fe(III)-Atmer aus Anreicherungskulturen mit FePP-Minimalmedium isoliert und anschliessend phylogenetisch und biochemisch charakterisiert.