Eine neuartige Ökosystembewertung

Die Stickstofffixierung ist die Hauptursache für das Vorhandensein von Stickstoff auf offener See und ein wichtiger Grundbestandteil bei der Primärproduktion in den Nahrungsnetzen. Diese steht wiederum mit dem Austausch von Kohlenstoffdioxid zwischen der Atmosphäre und dem Meer in Zusammenhang, da der Stickstoff hierbei während der Erzeugung von Biomasse konsumiert und im Zuge der Respiration ausgestoßen wird.

Eisen kann sich als hinderlicher Nährstoff bei der Stickstofffixierung und/oder der Primärproduktion erweisen. Dieses gelangt über Schmutzablagerungen in das offene Meer. In Anbetracht einer zunehmenden Desertifikation und einer sich im Wandel befindlichen Landnutzung ist die weltweite Schmutzablagerung von internationaler Bedeutung.

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts „Proteomic approaches to assess the oceanic nitrogen biogeochemistry“ (PROTEON) wird ein einzigartiger Ansatz mit hohem Durchsatz entwickelt, um die Stoffwechselaktivitäten von Organismen deren Identität in einer bestimmten Probe zuzuordnen. Die Analyse basiert auf den Proteinen und den natürlichen Kohlenstoff- und Stickstoffisotope, die in einem Modellsystem anzutreffen sind.

Zwei Bakterienkulturen und eine Probe aus einem meromiktischem Gewässer (welches Wasserschichten aufweist, die sich nicht vermischen) werden untersucht, um den Ansatz mit hohem Durchsatz zu entwickeln. Die Projektarbeit umfasste bis dato das Sammeln metagenomischer Daten aus dem Mahoney Lake in Kanada. Es wurde ein Manuskript über die Mikrobenkulturen und den Schwefelzyklus in der Fachzeitschrift Geobiology veröffentlicht.

Die Forscher haben erfolgreich die Stabil-Isotop-Proteinfingerabdruckmethode (Protein Stable Isotope Fingerprinting, P-SIF) für Kohlenstoffisotope entwickelt. Die Stickstoffisotope erwiesen sich als problematischer. Es wird allerdings daran gearbeitet, die technischen Schwierigkeiten zu überwinden. Dessen ungeachtet wurden Details zu der Projektarbeit in der renommierten Fachzeitschrift Analytical Chemistry veröffentlicht. Geplant ist ferner die Proteinentnahme aus Meerwasser, um weitere Kenntnisse zu gewinnen. Die Forscher arbeiten außerdem daran, die bei der P-SIF-Methode angewandte Proteinmenge zu steigern.

Die neu entwickelte P-SIF-Methode verspricht ein wertvolles Werkzeug für eine Bewertung der Verbindung zwischen maritimen Mikroorganismen und deren Rolle für das Ökosystem zu sein. Die neuartige Methode wird die Untersuchung bislang unbekannter Mikroben ermöglichen, die von entscheidender Bedeutung für ein Verständnis der biogeochemischen Prozesse der Umwelt sein könnten.

Eine Übertragung der im Rahmen des PROTEON-Projekts konzipierten und entwickelten Fähigkeiten auf den Europäischen Forschungsraum (EFR) bedeutet, dass global relevante Sachverhalte wie Veränderungen in der Landnutzung bewertet werden können. Die neuen Methoden zur Umweltbewertung könnten die Exzellenz Europas im Bereich der Forschung steigern und die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Forschung ausbauen.