Genomprojekt Ozean: US-Forschungsjacht zu Besuch auf Helgoland

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Der "Hexenmeister", die Yacht Sorcerer II, im Hafen von Helgoland. Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie Bremen

02.07.2009  - 

Besonderer Besuch an der Helgoländer Küste: Im Juni ankerte die Segeljacht Sorcerer II (Hexenmeister) vor der deutschen Insel, um Forschungsergebnisse auszutauschen. Das 30 Meter lange Forschungsschiff des amerikanischen Biochemikers Craig Venter ist der Durchführungsort für das globale marine Genomprojekt des J. Craig Venter-Instituts (JCVI), das mit deutschen Meeresforschern kooperiert. Die Jacht ist mit einer dreistufigen Filteranlage ausgestattet, mit der die Forscher Mikroorganismen aus dem Meer sammeln.

„In einem Tropfen Wasser sind alle Geheimnisse der Ozeane enthalten“, schrieb der libanesische Dichter Khalil Gibran. Die philosophische Erkenntnis ist das Motto der Sorcerer-Expedition und inzwischen auch naturwissenschaftlich belegbar. Im Wasser und den Sedimentschichten am Grund des Ozeans tummeln sich Millionen von Mikrobenarten, die dort in Einschlüssen teilweise Jahrtausende überdauert haben. Ihre Gene sind für die Wissenschaftler von unschätzbarem Wert, unter anderem weil sich dadurch die Entstehung des Lebens auf der Erde nachvollziehen lässt.

Die Probenannahmestelle "Kabeltonne" liegt auf der helgoländer Reede zwischen Hauptinsel und Düne. Deutsch Forscher untersuchen hier die Funde aus dem Meer.Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie, Bremen

Netze für sehr kleine Fische

In der umfassenderen Analyse der genomischen Diversität und Aktivität mariner Mikroorganismen liegt aber auch der Schlüssel zu einem besseren Verständnis von Klimaveränderungen und andere von Menschen beeinfluste Einwirkungen auf biogeochemische Stoffkreisläufe. Mehrere internationale Forschungskooperationen sind den Kleinstlebewesen auf der Spur - auch Craig Venter. Der US-Forscher ist kein Mann, der die Öffentlichkeit scheut. Seit 2001 ist der Genompionier der Welt durch seine Beteiligung an der Entzifferung des menschlichen Genoms bekannt. Im September 2007 war der umtriebige Unternehmer ebenalls groß in den Schlagzeilen – als einer der wenigen Menschen, dessen eigenes Genom nun erstmals komplett entschlüsselt vorliegt (mehr...). Im Februar 2008 vermeldete er schließlich den ersten künstlichen Nachbau eines Genoms im Labor (mehr...). Mit seiner Forschungsjacht ist Venter bereits seit 2003 auf den Meeren der Welt unterwegs, um die Genome der marinen Mikroorganimsen zu untersuchen. Seit März ist das Schiff auf seiner neuesten Tour unterwegs, los ging es von San Diego (USA) über den Atlantik bis nach Großbritannien. Im Juni wurde Halt auf Helgoland gemacht. 

Der Fang der Mikroorganismen an Bord geschieht durch eine spezielle Filteranlage. Die Bakterien und Viren bleiben an den engmaschigen Netzen der Filteranlage hängen und werden dann zum Sequenzieren in die USA geschickt. Von diesen Funden profitieren jetzt auch Wissenschaftler vom Alfred-Wegner-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI), der zur AWI-Stiftung gehörenden  Biologischen Anstalt Helgoland (BAH), der Bremer Jacobs University und dem in der gleichen Stadt sitzenden Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, aber auch Wissenschaflter vom  Leibniz-Institut für Ostseeforschung in Rostock-Warnemünde sowie das Leibniz-Institut für Meereswissenschaften in Kiel. Sie alle arbeiten im Projekt MIMAS (Mikrobielle Interaktionen in marinen Systemen) zusammen, das vom Bundesforschungsministerum (BMBF) seit Oktober 2008 für drei Jahre mit knapp einer halben Million Euro gefördert wird (mehr...).

Im Rahmen von MIMAS untersuchen die Forscher Veränderungen mikrobieller Gemeinschaften in Nord- und Ostsee. „Die Sequenzdaten der Sorcerer II aus der Nord- und Ostsee werden die Datengrundlage für MIMAS erheblich erweitern“, ist Frank Oliver Glöckner, Leiter der Arbeitsgruppe Mikrobielle Genomik am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie überzeugt. „Sie werden zum ersten Mal einen globalen Vergleich von Meeresökosystemen auf molekularer Ebene ermöglichen.“ Die Proben der Sorcerer II werden in der Kabeltonne untersucht, einer Langzeitmessstation der Helgoländer Reede, die sich zwischen Hauptinsel und Düne befindet.

Geheimnisse des Klimawandels entschlüsseln

Zur DNA-Sequenzierung verwenden die Forscher eine Modifikation der „Shotgun-Methode“, mit der Craig Venter zur Jahrtausendwende in Konkurrenz zum Human-Genom-Projekt das menschliche Erbgut entschlüsselt hatte. Die DNA wird dafür in kurze Bruchstücke zerlegt, vervielfacht, sequenziert und die Einzelsequenzen mittels Hochleistungscomputern und speziell entwickelten Bioinformatikprogrammen wieder zusammengesetzt.

Mikroben tragen Schätzungen zufolge etwa zur Hälfte der Gesamtbiomasse der Erde bei. Die für das bloße Auge unsichtbaren Lebewesen steuern wichtige Prozesse zur Umsetzung von Kohlenstoffverbindungen. Doch nur etwa ein Prozent der Kleinstlebewesen lassen sich mit den klassischen mikrobiellen Techniken im Labor anzüchten und untersuchen. Das private Genomprojekt von Craig Venter will die übrigen 99 Prozent untersuchen und kooperiert dabei eng mit den Küstenanrainerstaaten – daher auch der Kontakt zum Deutschen Projekt MIMAS.

Die Sorcerer II ist seit dem Frühjahr 2003 unterwegs. Von der Nordsee wollen die US-Wissenschaftler auf ihrem 30 Meter langen Forschungsschiff weiter in die Ostsee segeln. 2010 geht es in Mittelmeer und Schwarzem Meer weiter. Bei einer einjährigen Pilotstudie im Nordwestatlantik und dem östlichen Pazifik hatten die Mikrobiologen bereits in der Vergangenheit mehr als 1,2 Millionen neue Gene und 1800 neue Arten mit Hilfe ihrer Analysemethode entdeckt.