Erstmals Eisenspeicher-Protein Ferritin in einer Kieselalge nachgewiesen

Auch wenn Ozeane drei Viertel der Erdoberfläche bedecken, produzieren die Lebewesen im Ozean nur etwa 40% derjenigen Weltbiomasse, die von Primärproduzenten gebildet wird. Die Gründe dafür sind in der Regel Nährstofflimitationen. In etwa 30 -40 % der Weltmeere - den so genannten HNLC Regionen (high-nutrient, low-chlorophyll) - sind Stickstoff, Phosphat und Silikat in großen Mengen vorhanden, jedoch wird die Produktivität durch das Nährelement Eisen begrenzt. Eiseneintrag durch Staub von den Kontinenten führt daher zu kurzfristigen Planktonblüten, insbesondere der pennaten Diatomeen (Kieselalgen).

Dem Eisenmangel begegnen

Zentrische und pennate Diatomeen der offenen Meere passten sich an die Eisenlimitation an. Beiden Gruppen ersetzten Stoffwechselwege, die stark von Eisen abhingen, durch andere Stoffwechselwege, die kaum eisenhaltige Enzyme benötigen (eine sehr schöne Zusammenfassung über die Biologie der marinen Diatomeen findet sich in Armbrust 2009, Nature 459, 185 - 192).

Dies erklärt jedoch nicht, warum vor allem pennate Formen die Diatomeenblüten in den HNLC Regionen dominieren. Hier setzt die Arbeit von Marchetti et al. 2009 an. Die Autoren gelang es, erstmals Ferritin in marinen pennaten Diatomeen nachzuweisen.

Sicherer Eisenspeicher

Ferritin ist ein Eisenspeicherprotein, welches die sichere Speicherung von Eisen erlaubt (Fe²⁺ ist hohen Konzentrationen toxisch). Ferritin wurde bisher bei Pflanzen, Tieren, Cyanobakterien und einigen anderen Mikroorgansimen aber nicht bei den Stramenopilen gefunden, einer eukaryontischen Linie, die zahlreiche Plankton-Mitglieder inklusive einzelliger Algen, Diatomeen und Makroalgen enthält.

Die Autoren ermittelten nicht nur die Aminosäurensequenz von Ferritin aus Pseudo-nitzschia australis, sondern auch die Kristallstruktur des 24mers und die Anzahl der gespeicherten Fe-Ionen pro 24mer. Auch in anderen marinen pennaten Diatomeen konnten die Autoren das Gen nachweisen.

Einzige Stramenopile mit Ferritin

Pennate Diatomeen sind die einzigen Stramenopilen, in denen bisher Ferritin gefunden wurde. Wahrscheinlich haben die pennaten Diatomeen das Gen für Ferritin durch lateralen Gentransfer erhalten. 

Darüber hinaus konnten die Autoren zeigen, dass die Transkriptmenge für Ferritin und die Wachstumsrate streng mit der Verfügbarkeit von Eisen korrelieren. Pennate Diatomeen können beim Übergang von nicht-limitierenden Wachstumsbedingungen zu Eisen-limitierten Bedingungen signifikant mehr Zellteilungen durchführen als zentrische Diatomeen. 

Erfolg im offenen Meer

Diese Ergebnisse zeigen, dass der Erfolg der pennaten Diatomeen in HNLC-Regionen mit der Fähigkeit, Eisen zu speichern, verbunden ist. Die Aufnahme des Gens für Ferritin hat sicherlich einen großen Beitrag zum Erfolg der pennaten Diatomeen im offenen Meer beigetragen.

Vorgestellt von

PD Dr. Burkhard Becker
Universität zu Köln, E-mail