RNA-Fragmente in alten Salzvorkommen

Berichte über das Vorkommen von Mikroorganismen in geologisch alten Salzkristallen reichen bis in die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts zurück. Seit den 1960-er Jahren werden immer wieder Publikationen vorgelegt, in denen der Nachweis einer Reaktivierung von Mikroben behauptet wird. Diese Arbeiten werden aufgrund der z T. hohen Alter der Salzproben häufig in Frage gestellt (BINDER 2001). In einer jüngst erschienenen Arbeit wird versucht, die geologische Zuordnung der Proben abzusichern und durch den Nachweis mikrobieller DNA einen indirekten Nachweis für das Vorkommen von Mikroorganismen in diesen alten Proben zu führen.

Für diese neuen Untersuchungen über Mikroorganismen in alten Salzvorkommen benutzten FISH et al. (2002) Salz-Einkristalle mit vielen Flüssigkeitseinschlüssen. Durch die Verwendung vergleichsweise kleiner Proben kann die Gefahr verringert werden, daß umkristallisiertes Salz, genetisches Material oder Mikroorganismen, die nicht mit dem Kristallisationsvorgang in Zusammenhang stehen, die Analyse verfälschen. Hätten nachfolgende Prozesse, z.B. Umkristallisation die ursprünglichen Salzkristalle verändert, dann wären sie jünger, als sie durch die umgebende Matrix erscheinen. Die geringe Probengröße verringert aber auch die Aussicht, Mikroben reaktivieren zu können.

Durch ein Verfahren, bei dem mittels Laserlicht kleinste Proben aus einer Matrix abgetrennt und diese dann massenspektrometrisch untersucht werden („laser-ablation microprobe-inductively coupled plasma mass spectrometry“) haben die Autoren nachgewiesen, daß die im Kristall eingeschlossene Salzlösung in ihrer chemischen Zusammensetzung die ursprüngliche Salzlösung repräsentiert, aus der das Salz auskristallisiert ist (Mutterlauge). Damit sind die den Salzkristallen zugeordneten geologischen Epochen besser abgesichert.

Nach DNA-Isolierung und entsprechender Vermehrung durch PCR wurde gezielt nach 16S rDNA gesucht. Aufgrund der großen Kopienzahl für ribosomale RNA ist die Erfolgsaussicht, rDNA zu finden verhältnismäßig groß. Außerdem sind bereits viele 16S rDNA-Sequenzen von Mikroben untersucht und in Datenbanken abgelegt, sie werden u.a. zur Typisierung herangezogen. Zwei Proben, eine aus dem Mittleren Miozän und eine aus der Oberen Kreide, ergaben positive Resultate, während eine Probe aus dem Oberen Silur negativ war. Die Größe der DNA-Fragmente betrug 700-1000 Basenpaare. Eine analytische Untersuchung der DNA durch Verdauung mit Endonukleasen und anschließender Sequenzierung der fluoreszensmarkierten Enden (terminal restriction fragment polymorphism; t-RFLP) mit nachfolgendem Sequenzvergleich mit 16S rDNA-Sequenzen aus Datenbanken ergab, daß die gefundenen DNA-Fragmente auf verschiedene Mikroorganismen zurückzuführen sind.

Nach Klonierung und Sequenzierung konnten durch Sequenzvergleich in einer Probe Hinweise auf Haloarchaea gefunden werden, die übrigen Sequenzen zeigten große Ähnlichkeit zu gamma-Proteobakterien (Aquabacterium commune 98,4-99,0% Übereinstimmung in der Gensequenz), gamma-Proteobakterien (Pseudeomonas fluoreszens, Stenomonas maltophilia 98,5-99,8% und Acinetobacter-Arten 89,6-99,5%). Diese Bakterien kommen in den unterschiedlichsten natürlichen Umgebungen vor. FISH et al. schließen daraus, daß diese verwandten, aber geographisch spezialisierten Organismen wahrscheinlich seit Jahrmillionen getrennt sind, aber dennoch sehr ähnliche 16S rRNA aufweisen. Diese Überlegung stütze das Argument, daß molekulare Uhren in bestimmten phylogenetischen Linien langsam laufen können.

FISH et al. legen sich nicht fest, ob die nachgewiesene DNA nun aus dem Salz oder den wäßrigen Einschlüssen stammt. Ebenso wenig konnten sie Hinweise finden, die zeigen, ob es sich um DNA aus intakten Zellen oder um freie DNA aus lysierten Zellen handelt.

Mit dieser Untersuchung liegt ein weiterer experimenteller Befund vor, daß Nukleinsäuremoleküle und möglicherweise auch Mikroorganismen über geologische Zeiträume konserviert werden können. Der geringe Unterschied zwischen DNA-Sequenzen aus geologischen Proben und heute bekannten Mikroorganismen (dies war bereits früher Anlaß zu Kritik, s. BINDER 2001) steht im Widerspruch zu den langen Zeiträumen, die den Proben zugeordnet werden. Sollten die untersuchten Proben tatsächlich viele Millionen Jahre alt sein, bleibt nach wie vor unklar, durch welche Prozesse die Nukleinsäure-Moleküle oder gar reaktivierbare Mikroorganismen erhalten geblieben sind.

HB

[BINDER H (2001) Dornröschenschlaf bei Mikroorganismen? Stud. Int. J. 8, 51-55; FISH SA, SHEPHERD TJ, MCGENITY TJ & GRANT WD (2002) Recovery of 16S ribosomal RNA gene fragments from ancient halite. Nature 417, 432-436.]