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Algen unter Wasser.

Der Organismus Orciraptor agilis frisst abgestorbene Algen. © stealasecond / iStock / Getty Images Plus

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Biotechnologie: Algenfressender Einzeller produziert neuartige Enzyme

Ein Forschungsteam hat herausgefunden, dass der algenfressende Einzeller Orciraptor agilis die Zellwände seiner Beute mittels Enzymen zerstört, die die kohlenhydrathaltigen Komponenten dort auflösen. In Zusammenarbeit mit anderen internationalen Forschenden konnte die Gruppe das Schlüsselenzym für den hochspezialisierten Fress-Akt des Einzellers, eine sogenannte Zellulase, identifizieren. Sie verfolgten bei Orciraptor die Biosynthese der Proteine mittels RNA-Sequenzierung.

Das Geißeltierchen Orciraptor ist ein sogenannter „Protoplastenfresser“ und ernährt sich ausschließlich von dem Zellinhalt toter Algen. Dazu muss er zunächst die zellulosehaltige Zellwand der Beute durchdringen. In diesem Stadium produziert Orciraptor vermehrt ein Enzym, welches aufgrund seiner Gensequenz und der prognostizierten 3D-Struktur pflanzliche Zellulose spalten sollte. Bis dato waren die molekularen Grundlagen der Interaktion von Protoplastenfressern mit den Zellwänden ihrer Beutezellen vollkommen unklar.

Orciraptor enthält außerdem eine Reihe unerwarteter Proteine wie zum Beispiel Chitin-Bindeproteine, eine Chitin-Synthase und mehrere Chitinasen. Wozu das zellwandlose Geißeltierchen Chitin oder ähnliche Biopolymere benötigt, ist noch vollkommen unklar.

Die Enzyme deuten aber auf eine wichtige physiologische Funktion von Chitin im Lebenswandel von Orciraptor hin. Enzyme, die widerstandsfähige Biopolymere wie Zellulose und Chitin zersetzen, sind auch von großer technologischer und industrieller Bedeutung. Derzeitig verwenden Menschen dazu hauptsächlich Enzyme aus Bakterien und Pilzen – den traditionellen Organismen in der mikrobiellen Biotechnologie.

Dr. Hess vom Institut für Zoologie der Universität zu Köln und Kolleg*innen weisen in einer aktuell veröffentlichten Arbeit auf das noch kaum erschlossene biotechnologische Potenzial nicht-pilzlicher Mikroeukaryoten wie Orciraptor hin.

Kultivierung und Charakterisierung von Organismen

Orciraptor wurde vor rund zehn Jahren in nährstoffarmen Moorgewässern entdeckt und von Dr. Hess im Rahmen seiner Promotion am Institut für Botanik der Universität zu Köln beschrieben. Es gibt jedoch viele weitere Einzeller, die ähnliche Ernährungsweisen zeigen aber nicht direkt mit Orciraptor verwandt sind. Zurzeit werden am Institut für Zoologie dutzende solcher Organismen im Labor kultiviert und genetisch charakterisiert.

All dies ist durch neuste technologische Fortschritte auf dem Gebiet der Hochdurchsatzsequenzierung möglich. Die Arbeit mit Protoplastenfressern setzt jedoch auch eine sehr spezielle Kenntnis im Umgang mit exotischen Mikroorganismen voraus. Den Forschenden zufolge ist es an der Zeit, dass sich die moderne Biologie wieder verstärkt der Vielfalt von Nicht-Modellorganismen zuwendet.

„Die Daten unserer Studie an Orciraptor machen deutlich, wie fruchtbar zukünftige molekulare Analysen an noch wenig bekannten Einzellern sein werden“, sagt Dr. Hess.

Quelle: Universität zu Köln


Publikation: Sebastian Hess et al.; Comparative transcriptomics reveals the molecular toolkit used by an algivorous protist for cell wall perforation; Current Biology, 2022; DOI: 10.1016/j.cub.2022.05.049

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