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Sequenzierung Weltweit größtes Bakteriengenom sequenziert

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

11.453 Protein-codierende Gene und 87 RNA Gene, dies sind die Daten des bislang weltweit größten sequenzierten Bakteriengenoms. Forscher des Leibniz-Instituts DSMZ ist es gemeinsam mit Kalifornischen Wissenschaftlern gelungen, das Genom des Bakteriums Ktedonobacter racemifer zu entschlüsseln.

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Elekronenmikroskopische Aufnahme des myzelbildenden Bodenbakteriums Ktedonobacter racemifer. (Bild: Manfred Rohde, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung)
Elekronenmikroskopische Aufnahme des myzelbildenden Bodenbakteriums Ktedonobacter racemifer. (Bild: Manfred Rohde, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung)

Braunschweig – Nur etwa ein Prozent des mikrobiellen Lebens um uns herum ist bisher im Labor kultiviert und beschrieben worden. Damit sind viele Potentiale der Mikroben noch unbekannt und nicht genutzt. Bestens untersucht waren lange Zeit nur Krankheitserreger wie multiresistente Staphylokokken oder biotechnologisch interessante E.-coli-Stämme, die aber genetisch keineswegs repräsentativ sind.

Genomdaten geben Aufschluss über Verwandschaftsverhältnisse von Bakterien

Forscher des Leibniz-Instituts DSMZ–Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen aus Braunschweig und des Joint Genome Institute (JGI) in Kalifornien erarbeiten deshalb seit drei Jahren systematisch die so genannte „Genomic Encyclopedia of Bacteria and Archaea“ (GEBA), die wesentlich breiter aufgestellt ist. Im Zuge dieser Forschungsarbeiten wurde nun das Genom des Bodenbakteriums Ktedonobacter racemifer entziffert, welches weltweit das bisher größte beschriebene Bakteriengenom ist.

„Im GEBA-Projekt untersuchen wir vor allem Mikroorganismen, die an „dunklen Flecken“ im Stammbaum der Bakterien stehen. Über die Auswertung von Genomdaten sind Rückschlüsse auf Verwandtschaftsverhältnisse zwischen Bakterien möglich“, erklärt PD Dr. Markus Göker, Bioinformatiker an der DSMZ. „Das Bakterium Ktedonobacter racemifer gehört zu den zehn, in Bezug auf ihre Stellung, wichtigsten Organismen im Bakterienstammbaum“.

11.453 Protein-codierende Gene und 87 RNA Gen

„Das Genom des Gram-positiven Bodenbakteriums Ktedonobacter ist mit 11.453 Protein-codierenden Genen und 87 RNA-Genen das bisher größte dokumentierte Bakteriengenom“, erklärt Dr. Birte Abt, Wissenschaftlerin in der DSMZ-Abteilung Mikrobiologie. „Große Genome sind bei Bakterien mit einem komplizierten Lebenszyklus mit Myzel- und Sporenbildung nicht ungewöhnlich. Dieses enthält aber auch sehr viele Transposons oder auch Wiederholungssequenzen, so genannte „springende Gene“. Diese kleinen DNA-Stücke können ihre Position im Genom verändern. Ihre Funktion ist aber noch nicht vollständig geklärt.“

Vollständige Genomdaten sind aussagekräftiger

„Der Bakterienstamm wurde 2006 von einem Forscherteam in Italien isoliert und in der DSMZ in der öffentlichen Sammlung hinterlegt. Daher konnte der Organismus hier vermehrt und qualitative hochwertige genomische DNA für die Sequenzierung aufbereitet werden“, berichtet Dr. Birte Abt weiter. „Für uns war es wichtig, diese sehr isoliert im Stammbaum stehende Bakteriengruppe zu sequenzieren, die bisher noch sehr wenige Organismen umfasst. Damit besteht immer eine Möglichkeit, neue interessante Proteinfamilien mit unbekannter Funktion zu entdecken“, so Markus Göker. „Vollständige Genomdaten sind auch aussagekräftiger für die Klassifikation von Mikroorganismen, als die bislang meist praktizierte evolutionäre Einordnung der Bakterien über kleine molekulare Markerstücke, wie vor allem die ribosomale 16S RNA.“

Stammesverwandtschaftliche Beziehungen von Mikroorganismen klären

Neben wertvollen Einsichten in die Evolution bakterieller Genomgrößen einerseits und komplexer Lebenszyklen andererseits, hilft die Sequenzierung dieses Rekordgenoms auch dabei, die stammesverwandtschaftlichen Beziehungen von Mikroorganismen zu klären und damit ihre taxonomische Einteilung zu verbessern. Sowohl Ktedonobacter-Kulturen als auch annotierte Genomdaten stehen nun für weitergehende Forschungen frei zur Verfügung.

GEBA-Pilotprojekt

Das GEBA-Projekt (Genomic Encyclopedia of Bacteria and Archaea) hat zum Ziel, systematisch die Lücken bezüglich der Genomsequenzierung in den mikrobiellen Bereichen des Baums des Lebens zu füllen. Die DSMZ führt dieses Projekt in enger Kooperation mit dem JGI (Joint Genome Institute) in Kalifornien durch. Koordinator des GEBA-Pilotprojekts ist PD Dr. Hans-Peter Klenk, Leiter der Abteilung Mikroorganismen der DSMZ. Die Daten aus dem GEBA-Projekt sind im Portal „GenBank“ hinterlegt und kostenfrei zugänglich.

Originalpublikation: Non-contiguous finished genome sequence and contextual data oft he filamentous soil bacterium Ktedonobacter racemifer type strain (SOSP1-21T). Standards in Genomic Sciences 5:97-111, 2011. xx

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