• Zum Inhalt springen
  • Skip to secondary menu
  • Zur Seitenspalte springen

Die Chemie Zeitschrift Österreichs

Das unabhängige Traditionsmagazin

  • Das Magazin
    • Über die Österreichische Chemie Zeitschrift
    • 120 Jahre
    • Abonnement
    • Mediadaten
    • Online-Archiv
  • Resorts
    • Forschung
    • Foto Freitag
    • Messe
    • Publikation
    • Personalia
    • Bildung
  • Messekalender
  • Chemie-Lexikon
  • Links
    • L&B
    • labor
    • Kunststoff
  • Welkin Media Verlag
Aktuelle Seite: Start / Publikation / Die Entdeckung der Cyanatfresser

Die Entdeckung der Cyanatfresser

27. Juli 2015 von Florian Fischer

Cyanat-abbauendes Konsortium aus Ammoniak- (rot) und Nitrit-oxidierenden Mikroben (grün). Die Mikrobengruppen wurden mit Hilfe der Fluoreszenz-In-Situ-Hybridisierung spezifisch angefärbt.
Abb.1

Die Aktivität Ammoniak- und Nitrit-oxidierender Mikroben ist für den globalen Stickstoffkreislauf und damit für das Leben auf unserer Erde von wesentlicher Bedeutung. In einer im Fachmagazin “Nature” erschienenen Arbeit berichten ForscherInnen um Michael Wagner vom Department für Mikrobiologie und Ökosystemforschung der Universität Wien, dass diese Mikroben als erste bekannte Lebewesen überhaupt auch ausschließlich von Cyanat als Energiequelle leben können und manche sich dazu sogar gegenseitig füttern. Somit wurden ein neuer Umweltfaktor und ein neues Interaktionsmuster entdeckt, welche für die Verbreitung und Aktivität dieser Mikroorganismen eine wichtige Rolle spielen könnten.

Der globale Stickstoffkreislauf ist von zentraler Bedeutung für alles Leben auf der Erde und wird vor allem durch vielfältige Stoffwechselleistungen von Mikroorganismen (Bakterien und Archaeen) am Laufen gehalten. Um die wachsende Weltbevölkerung ernähren zu können werden in der industriellen Landwirtschaft enorme Mengen der Stickstoffverbindungen Ammonium und Harnstoff als Dünger eingesetzt, von denen aber nur ein Bruchteil von den Pflanzen aufgenommen wird. Der Rest gelangt ins Grundwasser, in Seen, Flüsse und die Ozeane und führt dort zu massiven Problemen bis hin zur Ausbildung von Todeszonen. Somit greift der Mensch in den Stickstoffkreislauf auf ähnlich dramatische Weise wie in den Kohlenstoffkreislauf ein. Um die Folgen des Einflusses des Menschen auf den ökologisch wichtigen Stickstoffkreislauf besser vorhersagen zu können, ist es zwingend notwendig, die daran beteiligten Mikroben und vor allem deren Stoffwechseleigenschaften genauer verstehen zu lernen.

Schematische Darstellung des Cyanatabbaus durch sich gegenseitig fütternde Ammoniak- und Nitrit-Oxidierende Mikroben. Die grünen Pfeile markieren Schritte, die den Organismen den Gewinn von Energie (E) ermöglichen.
Abb.2

Ammoniak- und Nitrit-oxidierende Mikroben spielen bei der Umwandlung von Stickstoffverbindungen in der Umwelt eine zentrale Rolle. Trotz der inzwischen bekannten Vielfalt dieser Lebewesen gingen Mikrobiologen bisher davon aus, dass Ammoniak-oxidierende Mikroben ausschließlich in Anwesenheit von Ammonium bzw. Harnstoff als Energiequelle wachsen können. Umso überraschender ist der heute von Michael Wagner und seinem Team veröffentlichte Befund, dass das Ammoniak-oxidierende Archaeon Nitrososphaera gargensis mit Cyanat als einziger Energiequelle wachsen kann. “Wir haben es in jahrelanger Arbeit geschafft, diesen Organismus als Reinkultur im Labor zu züchten. Durch dessen Genomsequenzierung haben wir erste Hinweise erhalten, dass es mittels eines speziellen Enzyms Cyanat verwenden könnte, indem es dieses in Ammonium und Kohlendioxid umwandelt. Durch aufwändige physiologische Studien ist es uns nun gelungen, dies experimentell nachzuweisen”, erläutert Marton Palatinszky, Erstautor der Studie.

Auf den ersten Blick überraschend war die Tatsache, dass viele andere Ammoniak-oxidierende Mikroben das für die Cyanatverwertung notwendige Enzym nicht besitzen, während alle bekannten Nitrit-Oxidierer dieses Enzym produzieren. Wagner und KollegInnen konnten zeigen, dass diesem unerwarteten Verteilungsmuster eine neuartige Interaktion zwischen Ammoniak- und Nitrit-oxidierenden Mikroben zugrunde liegt. Normalerweise füttern die Ammoniak-oxidierenden Mikroben die Nitrit-oxidierenden Bakterien, indem sie Ammoniak zu Nitrit umwandeln, welches dann von den Nitrit-Oxidierern zu Nitrat umgesetzt wird. Die Nitrit-Oxidierer sind also von den Ammoniak-Oxidierern abhängig. Im Fall von Cyanat ist das anders: Die Nitrit-Oxidierer nehmen Cyanat aus der Umwelt auf und wandeln dieses in Ammonium um, das sie ausscheiden. Mit den Nitrit-Oxidierern zusammen lebende Ammoniak-Oxidierer können dann Ammonium in Nitrit umwandeln und dadurch wachsen. Das von ihnen ausgeschiedene Nitrit dient dann wiederum den Nitrit-Oxidierern als Energiequelle. “So können also Ammoniak- und Nitrit-oxidierende Mikroben durch wechselseitiges Füttern gemeinsam auf Cyanat wachsen, auch wenn nur die Nitrit-oxidierenden Mikroben die genetische Ausstattung zur Cyanatverwertung besitzen”, erklärt Holger Daims, Co-Autor der Studie. Im Gegensatz zu ihrer seit über hundert Jahren bekannten “normalen” Interaktion vollzieht hier also der Nitrit-Oxidierer den ersten Schritt.

Cyanat ist ein aus drei Atomen (Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff) bestehendes kleines Molekül, das in der Umwelt aus Harnstoff und durch den Abbau von Blausäure, die viele Pflanzen als Fraßschutz bilden, entsteht. Erst seit zwei Jahren steht eine Methode zur Verfügung, um Cyanat in den in der Umwelt relevanten niedrigen Konzentrationen nachzuweisen. Bislang wurden mit dieser Methode aber nur wenige Meerwasserproben untersucht, in denen prompt Cyanat gefunden wurde. “Die genetische Grundausstattung zum Cyanatabbau durch Mikroben des Stickstoffkreislaufs ist in vielen Umweltproben vorhanden. Wir bestimmen nun die Cyanatkonzentrationen und Umsatzraten in Böden, Süß- und Meerwasserproben, um die quantitative Bedeutung der Cyanatfresser für den globalen Stickstoffkreislauf abschätzen zu können. Inzwischen haben wir erste Hinweise, dass auch die in den Sauerstoff-Minimum-Zonen der Meere eine wichtige Rolle spielenden anaeroben Ammonium-Oxidierer (Anammox) Cyanat verwenden können, so dass die Verbreitung und Bedeutung der Cyanatfresser sogar noch größer als in unserer Veröffentlichung angenommen sein könnte”, so Wagner abschließend.

Abb.1 – Cyanat-abbauendes Konsortium aus Ammoniak- (rot)  und Nitrit-oxidierenden Mikroben (grün). Die Mikrobengruppen wurden mit Hilfe der Fluoreszenz-In-Situ-Hybridisierung spezifisch angefärbt (Copyright: Markus Schmid)

Abb.2 – Schematische Darstellung des Cyanatabbaus durch sich gegenseitig fütternde Ammoniak- und Nitrit-Oxidierende Mikroben. Die grünen Pfeile markieren Schritte, die den Organismen den Gewinn von Energie (E) ermöglichen (Copyright: Marton Palatinszky)

Publikation

Marton Palatinszky, Craig Herbold, Nico Jehmlich, Mario Pogoda, Ping Han, Martin von Bergen, Ilias Lagkouvardos, Søren M. Karst, Alexander Galushko, Hanna Koch, David Berry, Holger Daims und Michael Wagner: Cyanate as energy source for nitrifiers,
in: Nature, 12 June 2015

DOI: 10.1038/nature14856

Kontakt

Univ.-Prof. Mag. Dr. Michael Wagner
Department für Mikrobiologie und
Ökosystemforschung

Universität Wien
1090 Wien, Althanstrasse 14

Kategorie: Publikation Stichworte: Forschung, Publikation

Seitenspalte

Die aktuelle Chemie

Messekalender

Mai 14
14. Mai - 15. Mai

all about automation 2025 – Heilbronn

Mai 14
09:00 - 15:30

SchraubTec Landshut 2025

Mai 14
09:30 - 15:30

LAB-SUPPLY Wien 2025

Mai 19
19. Mai - 20. Mai

PRC Europe 2025

Mai 21
09:30 - 15:30

LAB-SUPPLY Hannover 2025

Kalender anzeigen

Newsletter

  • Newsletter Anmeldung
  • Unser Newsletter-Archiv

Welkin Media News

Aktuelle Nachrichten aus unseren anderen Online-Portalen Lebensmittel-&Biotechnologie und Österreichische Kunststoffzeitschrift.

  • GEA NEXUS senkt Energieverbrauch in der Lebensmittelindustrie
    am 12. Mai 2025 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    GEA NEXUS vereint Kälte- und Wärmetechnik zu einem energieeffizienten Gesamtsystem für die Lebensmittelverarbeitung. Energieeinsparungen von bis zu 30 % und signifikante CO2-Reduktionen machen die Lösung für Neu- und Bestandsanlagen […]

  • BatterySort macht PreZero Sortierung sicherer und nachhaltiger
    am 12. Mai 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    PreZero Austria setzt als erstes auf BatterySort, das Lithium-Akkus per KI erkennt und Sortieranlagen vor Bränden schützt. Durch die Kooperation mit WeSort.AI setzt PreZero nicht nur neue Standards im Brandschutz, sondern stärkt auch den […]

  • B&R steigert Maschinenverfügbarkeit mit neuen IIoT-Lösungen
    am 9. Mai 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Neue IIoT-Lösungen von B&R steigern Effizienz und Verfügbarkeit durch KI-Analyse von Maschinendaten. Der Fokus liegt auf der einfachen Integration in bestehende Systeme, der kontinuierlichen Echtzeitüberwachung und der vorausschauenden […]

  • Sorghumhirse: KIT entdeckt Genschalter für mehr Zucker unter Salzstress
    am 9. Mai 2025 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) erforscht, wie die Sorghumhirse trotz Salzstress mehr Zucker speichert. Der Genschalter SWEET13 sorgt dafür, dass Saccharose gezielt in die Körner gelangt. Eine Entdeckung mit Potenzial für die […]

  • CIRPLEX 2025: Neue Impulse für die Kunststoffwirtschaft
    am 8. Mai 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Mit der CIRPLEX 2025 erlebt Österreich vom 14.-15.05. in Klagenfurt die Premiere eines neuen Branchenevents rund um die Kunststoffwirtschaft. Die Alpen-Adria-Region steht im Zentrum des Events mit Potenzial, Know-how und Fokus auf […]

  • Gefran investiert in smarte Prozessdaten-Lösungen
    am 8. Mai 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Gefran beteiligt sich mit 22 % am IoT- und KI-Spezialisten 40Factory, der smarte Systeme zur Analyse von Prozessdaten entwickelt. Mit dieser Investition in Höhe von vier Millionen Euro zielt Gefran auf die Weiterentwicklung intelligenter […]

  • Merschl setzt mit Biomasse auf klimafitte Landwirtschaft
    am 7. Mai 2025 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Die Wiener Gärtnerei Merschl ersetzt Gas durch Biomasse, nutzt CO₂ in den Glashäusern und setzt auf Regenwasser, PV-Strom und Kokossubstrat. Ein Leuchtturmprojekt der nachhaltigen Landwirtschaft – zukunftsweisend für die Klimaneutralität […]

  • Partikelschaum verbessert Nachhaltigkeit und Effizienz bei Fahrzeugbauteilen
    am 7. Mai 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    PARAT Technology setzt gezielt auf Partikelschaum, um besonders leichte und rezyklierbare Fahrzeugbauteile effizient zu produzieren. Mit dampffreier Infrarot-Technologie von FILL entstehen nachhaltige Formteile für den Sonderfahrzeugbau mit […]

  • Kunststoffrecycling praxisnah: Schule trifft Wirtschaft bei Greiner
    am 6. Mai 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Im Rahmen der WKO-Initiative „Schule trifft Wirtschaft“ lud die Greiner AG Pädagog:innen nach Kremsmünster ein. Ziel war es, praxisnahe Einblicke in die Ausbildungswelt zu geben – mit einem Fokus auf Kunststoffrecycling, Digitalisierung und […]

  • Automatisierte CFK-Montage reduziert Bauzeit von Flugzeugtüren drastisch
    am 5. Mai 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    CFK reduziert die Montagezeit von Flugzeugtüren auf 4 Std. – mit Fraunhofer IWU, LBF, Airbus Helicopters & Trelleborg. Durch die Integration von Simulation und Kostenrechnung wird die CFK-Montage nicht nur schneller, sondern auch […]

Schlagwörter

Aktuelle Nachrichten über BASF analytica Analytik Analytik Jena Anlagenbau Automation Automatisierung Awards B&R Borealis BR CEM CO2 Danfoss Digitalisierung Endress+Hauser Evonik FCIO Festo Finance Forschung FotoFreitag Foto Freitag Hardware Industrie 4.0 Jubiläum Kreislaufwirtschaft Labortechnik LANXESS Lenzing Logistik Messe Messe München MesseNews Nachhaltigkeit OMV Personalia Publikation Pumpen Recycling Robotik Shimadzu Software Wasserstoff Webinar

Kategorien

Copyright © 2025 · WelkinMedia Fachverlag