Sind Meerespilze unsere ungenutzten Biotechnologie-Superstars?
Planktonische marine Pilze leben in der Wassersäule unserer Ozeane, wo sie frei im Sog der Gezeiten und Strömungen schweben. Innerhalb der Meeresökosysteme leben sie als Parasiten anderer Organismen und „Saprotrophe“, die auf die Verdauung komplexer organischer Stoffe spezialisiert sind. Laut Michael Cunliffe von der Marine Biological Association im Vereinigten Königreich sind Studien über marine Pilze vergleichsweise selten, was einem umfassenden Verständnis ihrer einzigartigen Ökologie abträglich ist. Es wurde errechnet, dass bisher weniger als 1 % aller marinen Pilzarten beschrieben wurden, was zum Teil auf die Schwierigkeiten bei der Durchführung der erforderlichen DNS-Sequenzierung und bei der Anzucht von Laborkulturen zurückzuführen ist. „Am bemerkenswertesten ist möglicherweise, dass bisher nicht bekannt war, ob und wie marine Pilze im Verlauf der Zeit Muster der Artenvielfalt aufweisen“, erklärt Cunliffe, Koordinator des Projekts MYCO-CARB, das vom Europäischen Forschungsrat finanziert wurde. Die Projektarbeit trug nicht nur dazu bei, diese Wissenslücken zu schließen, sondern zeigte auch potenziell vielversprechende Wege für die zukünftige Erforschung des Klimawandels und der biotechnologischen Ressourcen auf.
Das Ökosystem der marinen Pilze besser verstehen
Das Team von MYCO-CARB verfolgte zwei komplementäre Ansätze zur Untersuchung von marinen Pilzen: Kultivierung im Labor und Direktanalysen von Meeresproben ohne Kultivierung. Es sammelte Meerwasserproben von Orten im offenen Atlantischen Ozean bis hin zu den Küstensedimenten des Vereinigten Königreichs, sowie auch Meeresalgen, die in der Nähe der Marine Biological Association gesammelt wurden. Zurück im Labor wurden die Proben in spezielle, meersalzhaltige Wachstumsmedien gegeben, um sie zu kultivieren. Nach erfolgtem Wachstum wurden die Pilze isoliert und nach der Ermittlung der Arten in die MYCO-CARB-Kultursammlung für marine Pilze aufgenommen. Das Team setzte eine Reihe von DNS- und RNS-Instrumenten ein, um die Biologie spezifischer Isolate zu untersuchen und ihre Ökologie in der Meeresumwelt besser zu verstehen. „Die Vielfalt der von uns entdeckten marinen Pilzgemeinschaften verrät viel über ihre Ökologie und ihre Einbindung in das großräumigere marine Küstenökosystem“, sagt Cunliffe. „Wir haben erstmalig gezeigt, dass sich die Arten über monatliche Zeiträume und jahreszeitliche Maßstäbe hinweg verändern und nach diesen Veränderungen ähnliche Muster der Artenzusammensetzung aufweisen können. Das deutet darauf hin, dass sich die Arten mit der Zeit wiederholen, aber wir müssen mehr forschen, um herauszufinden, worin die ökologischen Ursachen dafür bestehen.“ Auch ein innovatives Verfahren zur Untersuchung aktiver saprotropher Pilze, die an marine Partikel gebunden sind, wurde im Rahmen des Projekts entwickelt. „Einzelne organische Partikel wie etwa Blatt- und Zweigstücke wurden aus dem Meerwasser isoliert und anschließend mikroskopisch bewertet, sodass wir die Vielfalt der von ihnen beherbergten Pilze charakterisieren konnten“, fügt Cunliffe hinzu. Überdies wurden die RNS-Sequenzdaten der Tara Ocean Expedition genutzt, um die Aktivität saprotropher mariner Pilze in den Weltmeeren zu analysieren, wobei der Schwerpunkt auf den kohlenhydrataktiven Enzymen (CAZymen) lag, die am Abbau von komplexem organischem Material beteiligt sind. „Durch unsere Arbeit gilt als erwiesen, dass marine Pilze aktive Saprotrophe sind, die komplexe kohlenstoffreiche organische Materie im offenen Meer abbauen. Wir müssen jetzt mehr über ihren spezifischen Beitrag zum Kohlenstoffkreislauf im Ozean herausfinden“, betont Cunliffe.
Pilze: zukünftige Schatzkiste der Biotechnologie
Die Einrichtung der Marine Fungi Culture Collection, der Kultursammlung mariner Pilze, bei der Marine Biological Association im Vereinigten Königreich ist ein bedeutendes Vermächtnis des Projekts, das die einzige Quelle dieser Art darstellt. Während das Team von MYCO-CARB ausgewählte Kulturen zur Erforschung ihrer grundlegenden Biologie nutzte, hat die Sammlung noch weitaus mehr zu bieten. „Marine Pilze stellen eine große ungenutzte biotechnologische Ressource und eine potenzielle Quelle wertvoller neuer Biomoleküle, etwa antimikrobieller Verbindungen, dar. Zudem könnten viele der Pilze, die wir aus Makroalgen isoliert haben, neue Wege für den Umgang mit dem Abfall an mariner Biomasse weisen, wie er in der Algenindustrie anfällt“, erläutert Cunliffe. Gegenwärtig konzentriert sich das Team auf die Quantifizierung der Funktion mariner Pilze im Kohlenstoffkreislauf im Vergleich zu anderen Meereslebewesen wie beispielsweise Bakterien, während es gleichzeitig neue Möglichkeiten zur Maximierung der Kulturen in der Sammlung erkundet.
Schlüsselbegriffe
MYCO-CARB, marine Pilze, Ökosystem, Saprotrophe, Biotechnologie, Ökologie, Makroalgen, Kohlenstoffkreislauf
