Ein ungewöhnlicher, im Meer entdeckter Organismus könnte die Wissenschaft zwingen, ihr Verständnis darüber, wie und wo Kohlenstoff und Stickstoff im marinen Ökosystem vorhanden sind, zu überdenken. Bei der Sequenzierung des Metagenoms einer Meeresprobe mit den neuen Reagenzien der Genome Sequencer FLX Titanium Serie von 454 Life Sciences, entdeckte ein Wissenschaftlerteam der Universität von Kalifornien in Santa Cruz eine neue Spezies von Cyanobakterien. Die langen und sehr genauen Leseweiten des Systems ermöglichen umfassende Einblicke in den überraschenden, genetischen Aufbau dieser schwer fassbaren Bakterienspezies.
Die Studie wird in der am 14. November erscheinenden Ausgabe des Magazins Science veröffentlicht und beschreibt die Entdeckung einer möglichen neuen Form von Cyanobakterien. Cyanobakterien sind eine Gruppe photosynthetischer Bakterien, auch bekannt unter dem Namen Blaualge. Im Gegensatz zu den bekannten Cyanobakterien fehlen dieser Spezies die Gene, die zur Kohlenstoffbindung und Photosynthese (der auf Licht basierende energetische Prozess bei dem Kohlenstoffdioxid und Wasser in Zucker umgewandelt werden und als Nebenprodukt Sauerstoff entsteht) benötigt werden. Dafür ist die mysteriöse Mikrobe ein Spezialist in einer anderen wichtigen ökologischen Funktion: Sie produziert natürlichen Dünger für die Meere, indem sie Stickstoff aus der Atmosphäre so modifiziert, dass er von anderen Organismen verwendet werden kann.
"Der ungewöhnliche Metabolismus ist äußerst interessant", sagt der leitende Wissenschaftler Jonathan Zehr. "Wir versuchen zu verstehen, wie so eine Lebensform existieren und wachsen kann, wenn so viele Merkmale nicht vorhanden sind." Zehrs Forschergruppe hatte bereits bei früheren Erforschungen eine überraschend große Anzahl an Stickstoff-umwandelnden Cyanobakterien im Wasser des Küstenbereichs und im offenen Meer entdeckt. Obwohl 80 % der Erdatmosphäre aus Stickstoffgas besteht, können es die meisten Organismen nur dann verwenden, wenn es so umgewandelt wird, dass Moleküle wie Ammoniak und Nitrat entstehen. Da Stickstoff wichtig für alle Lebensformen ist, ist die Stickstoffumwandlung ein Hauptfaktor bei der Überwachung der gesamten biologischen Produktivität in den Meeren. "Die neue Mikrobe ist in vielen Meeresgebieten einer der effizientesten Stickstoffumwandler. Aus ökologischer Sicht ist es sehr wichtig, ihre Rolle im Ökosystem und die Auswirkungen auf das Kohlenstoff- und Stickstoffgleichgewicht zu verstehen", so Zehr.
Durch die Hochdurchsatz-Sequenzierung genomischer DNA aus einer angereicherten Probe Meerwasser mit den neuen GS FLX Titanium Reagenzien konnte das neuen Cyanobakterium identifiziert werden. Mit der Studie wird erstmals in einem Fachmagazin über die Verwendung der neuen Reagenzienserie und der damit verbundenen Möglichkeit mehr als eine Million Reads pro Lauf zu generieren - und zwar mit Leseweiten größer als 400 Basenpaaren - berichtet. "Wir sind beeindruckt von der Geschwindigkeit, in der wir die Ergebnisse erhielten und sie analysieren konnten. Seit Jahren haben wir erfolglos versucht diesen Organismus zu kultivieren. Jetzt konnten wir mit Daten aus einem einzigen, nur einige Tage dauernden Lauf mit den GS FLX Titanium Reagenzien wertvolle genomische Informationen direkt aus einer Probe gewinnen," erläutert Zehr. " Die langen Leseweiten waren essentiell für die Identifizierung und Analyse des Genoms dieser ungewöhnlichen Mikrobe einer komplexen mikrobiellen Gemeinschaft."
"Die Studie unterstreicht eindeutig die Bedeutung und den Nutzen der langen, sehr genauen Leseweiten der neuen GS FLX Titanium Reagenzienserie. Die Reads der Sequenzierung und die daraus resultierende Assemblierung waren das fehlende Glied, um die faszinierende und langjährige Forschung der Zehr-Gruppe abzuschließen", so Jason Affourtit, Gruppenleiter Advanced Technologies Integration bei 454 Life Sciences und Co-Autor der Studie.
Das Team hofft, weiter forschen zu können und dabei das Vorkommen der Mikrobe in den Ozeanen zu lokalisieren und ihre weltweite Verbreitung zu bestimmen. Ebenfalls von Interesse ist die Frage, wie sich der Metabolismus des Organismus von anderen bereits bekannten Cyanobakterien unterscheidet. Auch wenn das Bakterium noch nicht kultiviert wurde, öffnet die neue genomische Information potentielle Wege um seinen ungewöhnlichen Metabolismus in biotechnologischen Anwendungen zu erforschen.
Die Studie mit dem Titel "Globally distributed Uncultivated Oceanic N2 -Fixing Cyanobacteria Lack Oxygenic Photosystem II" erscheint am 14. November 2008 im Magazin "Science".
454 Life Sciences, eine Tochterfirma von Roche, entwickelt und vermarktet das innovative Genome Sequencer System für die ultraschnelle Hochdurchsatz-DNA Sequenzierung. Spezielle Anwendungsfelder der Technik sind z.B. die de novo Sequenzierung und Resequenzierung von Genomen, Metagenomik, RNA-Analyse, und die gezielte Sequenzierung bestimmter DNA-Regionen. Das 454 Genome Sequencer System zeichnet sich durch eine einfache Probenvorbereitung und lange, präzise Leseweiten aus. Dadurch können umfangreiche wissenschaftliche Projekte im finanzierbaren Rahmen durchgeführt werden. In den letzten Monaten zeigte sich die enorme Einsatzbreite der Technik in so unterschiedlichen Bereichen wie der Krebsforschung, der Erforschung infektiöser Krankheiten, der Wirkstoffentwicklung, Meeresbiologie, Anthropologie, Paläontologie, etc.
Für weitere Informationen besuchen Sie die Internetseite http://www.454.com. Weitere Informationen zur Technologie finden Sie unter www.roche-applied-science.com/....
Die Studie wird in der am 14. November erscheinenden Ausgabe des Magazins Science veröffentlicht und beschreibt die Entdeckung einer möglichen neuen Form von Cyanobakterien. Cyanobakterien sind eine Gruppe photosynthetischer Bakterien, auch bekannt unter dem Namen Blaualge. Im Gegensatz zu den bekannten Cyanobakterien fehlen dieser Spezies die Gene, die zur Kohlenstoffbindung und Photosynthese (der auf Licht basierende energetische Prozess bei dem Kohlenstoffdioxid und Wasser in Zucker umgewandelt werden und als Nebenprodukt Sauerstoff entsteht) benötigt werden. Dafür ist die mysteriöse Mikrobe ein Spezialist in einer anderen wichtigen ökologischen Funktion: Sie produziert natürlichen Dünger für die Meere, indem sie Stickstoff aus der Atmosphäre so modifiziert, dass er von anderen Organismen verwendet werden kann.
"Der ungewöhnliche Metabolismus ist äußerst interessant", sagt der leitende Wissenschaftler Jonathan Zehr. "Wir versuchen zu verstehen, wie so eine Lebensform existieren und wachsen kann, wenn so viele Merkmale nicht vorhanden sind." Zehrs Forschergruppe hatte bereits bei früheren Erforschungen eine überraschend große Anzahl an Stickstoff-umwandelnden Cyanobakterien im Wasser des Küstenbereichs und im offenen Meer entdeckt. Obwohl 80 % der Erdatmosphäre aus Stickstoffgas besteht, können es die meisten Organismen nur dann verwenden, wenn es so umgewandelt wird, dass Moleküle wie Ammoniak und Nitrat entstehen. Da Stickstoff wichtig für alle Lebensformen ist, ist die Stickstoffumwandlung ein Hauptfaktor bei der Überwachung der gesamten biologischen Produktivität in den Meeren. "Die neue Mikrobe ist in vielen Meeresgebieten einer der effizientesten Stickstoffumwandler. Aus ökologischer Sicht ist es sehr wichtig, ihre Rolle im Ökosystem und die Auswirkungen auf das Kohlenstoff- und Stickstoffgleichgewicht zu verstehen", so Zehr.
Durch die Hochdurchsatz-Sequenzierung genomischer DNA aus einer angereicherten Probe Meerwasser mit den neuen GS FLX Titanium Reagenzien konnte das neuen Cyanobakterium identifiziert werden. Mit der Studie wird erstmals in einem Fachmagazin über die Verwendung der neuen Reagenzienserie und der damit verbundenen Möglichkeit mehr als eine Million Reads pro Lauf zu generieren - und zwar mit Leseweiten größer als 400 Basenpaaren - berichtet. "Wir sind beeindruckt von der Geschwindigkeit, in der wir die Ergebnisse erhielten und sie analysieren konnten. Seit Jahren haben wir erfolglos versucht diesen Organismus zu kultivieren. Jetzt konnten wir mit Daten aus einem einzigen, nur einige Tage dauernden Lauf mit den GS FLX Titanium Reagenzien wertvolle genomische Informationen direkt aus einer Probe gewinnen," erläutert Zehr. " Die langen Leseweiten waren essentiell für die Identifizierung und Analyse des Genoms dieser ungewöhnlichen Mikrobe einer komplexen mikrobiellen Gemeinschaft."
"Die Studie unterstreicht eindeutig die Bedeutung und den Nutzen der langen, sehr genauen Leseweiten der neuen GS FLX Titanium Reagenzienserie. Die Reads der Sequenzierung und die daraus resultierende Assemblierung waren das fehlende Glied, um die faszinierende und langjährige Forschung der Zehr-Gruppe abzuschließen", so Jason Affourtit, Gruppenleiter Advanced Technologies Integration bei 454 Life Sciences und Co-Autor der Studie.
Das Team hofft, weiter forschen zu können und dabei das Vorkommen der Mikrobe in den Ozeanen zu lokalisieren und ihre weltweite Verbreitung zu bestimmen. Ebenfalls von Interesse ist die Frage, wie sich der Metabolismus des Organismus von anderen bereits bekannten Cyanobakterien unterscheidet. Auch wenn das Bakterium noch nicht kultiviert wurde, öffnet die neue genomische Information potentielle Wege um seinen ungewöhnlichen Metabolismus in biotechnologischen Anwendungen zu erforschen.
Die Studie mit dem Titel "Globally distributed Uncultivated Oceanic N2 -Fixing Cyanobacteria Lack Oxygenic Photosystem II" erscheint am 14. November 2008 im Magazin "Science".
454 Life Sciences, eine Tochterfirma von Roche, entwickelt und vermarktet das innovative Genome Sequencer System für die ultraschnelle Hochdurchsatz-DNA Sequenzierung. Spezielle Anwendungsfelder der Technik sind z.B. die de novo Sequenzierung und Resequenzierung von Genomen, Metagenomik, RNA-Analyse, und die gezielte Sequenzierung bestimmter DNA-Regionen. Das 454 Genome Sequencer System zeichnet sich durch eine einfache Probenvorbereitung und lange, präzise Leseweiten aus. Dadurch können umfangreiche wissenschaftliche Projekte im finanzierbaren Rahmen durchgeführt werden. In den letzten Monaten zeigte sich die enorme Einsatzbreite der Technik in so unterschiedlichen Bereichen wie der Krebsforschung, der Erforschung infektiöser Krankheiten, der Wirkstoffentwicklung, Meeresbiologie, Anthropologie, Paläontologie, etc.
Für weitere Informationen besuchen Sie die Internetseite http://www.454.com. Weitere Informationen zur Technologie finden Sie unter www.roche-applied-science.com/....
