Zuwachs bei den Stickstofffixierern

News: Zuwachs bei den Stickstofffixierern

Spirochaeten wecken eher unangenehme Gedanken: Zu ihnen gehören unter anderem der Erreger der Syphilis als auch der Borreliose. Im Darm von Termiten hingegen machen sie etwas sehr Nützliches und für Mikrobiologen ausgesprochen Überraschendes - sie fixieren Stickstoff. Und diese Fähigkeit besitzen offenbar auch einige ihrer freilebenden Verwandten im Süß- und Salzwasser.

Antje Findeklee

Stickstoff ist ein grundlegender Baustein des Lebens. Da er nahezu 80 Prozent der Luft ausmacht, sollte eigentlich kein Mangel daran bestehen. Doch diesen Reichtum können nur einige Bakterien direkt nutzen, alle anderen Organismen sind darauf angewiesen, dass die Mikroorganismen das Gas binden und in anderen Formen in die Nahrungsnetze einspeisen.

Zu den bekanntesten Beispielen für Stickstofffixierer gehören die Knöllchenbakterien, die symbiotisch mit verschiedenen Leguminosen – wie Soja, Erbsen oder Klee – zusammenleben. Unter den freilebenden Mikroorganismen können auch einige Cyanobakterien das wichtige Gas binden. Einen recht ungewöhnlichen Aufenthaltsort entdeckten John Breznak von der Michigan State University und seine Mitarbeiter in den siebziger Jahren: Sie stellten fest, dass Darmbakterien von Termiten Stickstoff fixieren können. Die kleinen Insekten decken damit bis zu 60 Prozent ihres Stickstoffbedarfs. Nur – wer dort die Arbeit übernimmt, konnten die Wissenschaftler erst jetzt klären. Denn nun ist es ihnen auch gelungen, die Organismen zu isolieren und im Labor zu kultivieren.

Die Überraschung war groß, als die Forscher die Stickstofffixierer identifizierten: Es waren Spirochaeten der Gattung Treponema – der Gruppe, zu der auch der Syphilis-Erreger Treponema pallidum gehört. Diese langen, dünnen, eng gewundenen Bakterien sind im Termitendarm ausgesprochen häufig, sie können sogar bis zu 50 Prozent der gesamten dort lebenden Prokaryoten ausmachen. Doch dass sie elementaren Stickstoff binden, war bislang unbekannt.

NifH, das entscheidende Gen für die Stickstofffixierung – es codiert für das Protein Nitrogenase –, konnten die Wissenschaftler denn auch bei anderen Spirochaeten nachweisen. Dazu gehörten sogar Vertreter, die im Mund- und Rachenraum des Menschen leben, allerdings ist hier das Gen nicht aktiv, es findet also keine Stickstofffixierung statt. Und auch der Syphilis-Erreger sowie der Borreliose-Erreger Borrelia burgdorferi sind hierzu nicht in der Lage.

Für die Termiten, die sich von zerkleinerten Pflanzen- oder Holzresten bis hin zu Humus ernähren, ist die Symbiose mit stickstofffixierenden Bakterien womöglich lebenswichtig. Denn ihre Nahrung ist zwar sehr reich an Kohlenstoff, aber arm an Stickstoff. Und da offenbar auch andere, freilebende Spirochaeten dieselbe Fähigkeit haben, gibt es womöglich eine neue Größe im globalen Stickstoffkreislauf zu berücksichtigen.