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Mikroben: Kleinstes Bakterium hat auch kleinstes Genom

Die in den Weltmeeren in großer Menge vorkommende Bakteriengruppe SAR11 ist nicht nur das kleinste einzellige Lebewesen, sondern besitzt auch das kleinste Erbgut aller Einzeller, das es aber sehr effizient nutzt: Es hat quasi keine "Junk-DNA" – also Bereiche, die nicht für Proteine kodieren.

Nach Untersuchungen von Stephen Giovannoni von der Oregon State University und seiner Kollegen weist SAR11 eines der kompaktesten Genome bislang gefundener lebender Organismen auf, das nur etwa 1,3 Millionen Basenpaare zählt. Fast jedes Gen erfüllt dabei eine Funktion – im Gegensatz etwa zum Menschen, wo nach bisherigem Kenntnisstand ein Großteil der DNA keine bestimmte Aufgabe erfüllt. Der knapp gehaltene Genstrang, der auch die kürzesten Zwischensequenzen aller bekannten Zellen aufweist, hindert SAR11 nicht daran, alle zwanzig Aminosäuren zu synthetisieren.

Trotz seiner geringen Größe – allein das Erbgut nimmt bereits ein Drittel der Zelle ein – spielt der Organismus eine wichtige Rolle im marinen Ökosystem, denn die Mikroben gehören zu den wichtigsten Verwertern im Wasser gelöster organischer Kohlenstoff-Verbindungen. Dadurch setzen sie darin gebundene Nährelemente frei, die von Fotosynthese treibenden Algen dringend für ihren Stoffwechsel benötigt werden. In einem Milliliter Seewasser können bis 500 000 Zellen von SAR11 enthalten sein, das Gesamtgewicht aller SAR11-Bakterien – zu denen etwa Pelagibacter ubique zählt – übersteigt jenes aller Meeresfische.

Das kleine, aber voll funktionsfähige Genom von SAR11 ist nach Ansicht der Forscher wohl einer der Garanten für seinen evolutionären Erfolg, der ihn seit etwa einer Milliarde Jahre überleben lässt. Gleichzeitig bestätigt die Bakterie die Hypothese, dass die natürliche Auslese zur Reduzierung des Erbguts beiträgt: Die Replikation von Junk-DNA kostet ansonsten auf Dauer zuviel Energie.

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