Es heißt Thermus aquaticus, ist in den heißen Quellen des Yellowstone-Nationalparks in den USA anzutreffen und kann Temperaturen von bis zu 80 Grad Celsius standhalten. Dieses Bakterium gehört zu den Extremophilen. Es gehört zu einer Gruppe sehr unterschiedlicher Organismen, die in der Lage sind, unter extremen Bedingungen zu überleben: in sehr heißen Umgebungen also, oder aber in sehr kalten, sehr salzigen, sehr sauren Umgebungen, unter hohem Druck oder ionisierender Strahlung.
"Extremophile haben vielfältige Strategien entwickelt, um in diesen feindlichen Umgebungen zu überleben und zu gedeihen", sagt Ianina Altshuler, Assistenzprofessorin mit Tenure Track am Laboratoire d’adaptation du microbiome à l’environnement changeant der EPFL (MACE). Das Labor untersucht insbesondere Mikroorganismen, die in Kryo-Umgebungen leben, um ihre Anpassungsmechanismen an die Kälte zu verstehen. "Viele davon basieren auf der Produktion von Proteinen, die spezifisch für diese Bedingungen sind, zum Beispiel Enzyme, deren optimale Aktivitätstemperaturen niedriger sind."
Extremstars mit vielen Strategien
Die Superkapazitäten dieser Organismen haben einige von ihnen in die Schlagzeilen gebracht, wie das Bakterium Deinococcus radiodurans, das 1956 in einer mit Gammastrahlen bestrahlten Konservendose entdeckt wurde, oder Halomonas titanicae , ein 1991 auf der Titanic entnommenes Bakterium, das sehr salzhaltigen Umgebungen standhalten kann und sich durch die Metallteile des Schiffes nagt, so dass es droht, das Schiff zu vernichten.
Das Bakterium Thermus aquaticus, das 1969 von Thomas D. Brock und Hudson Freeze im Yellowstone-Nationalpark entdeckt wurde, verdankt seine Berühmtheit der Produktion eines bestimmten Proteins, der Taq-Polymerase, einem hitzeresistenten Enzym, das es ihm ermöglicht, diese hohen Temperaturen auszuhalten. Dieses Enzym ist nämlich bei Temperaturen um 70 oder 80 Grad Celsius aktiv.
Das hitzeresistente Enzym
Diese Entdeckung ist nicht unbedeutend: Sie wird zur Erfindung der Polymerase-Kettenreaktion oder PCR (wir erinnern uns an die PCR-Tests) führen, einer enzymatischen Reaktion, mit der man ein bestimmtes DNA-Fragment auswählen und dann in sehr großen Mengen vervielfältigen kann. "Es ist normalerweise nicht möglich, ein DNA-Fragment zu beobachten, ohne es zu vervielfältigen, es ist zu klein", sagt Ianina Altshuler. Diese Technik hat also die DNA-Sequenzierung revolutioniert und demokratisiert. Heute ist sie eine Routinetechnik in den Labors, die sowohl für medizinische Diagnosen und die Identifizierung von Genmutationen als auch für Anwendungen in der Kriminologie, der Agrarwissenschaft und der Umweltforschung eingesetzt wird. Kary B. Mullis wird dafür 1993 den Nobelpreis für Chemie erhalten. Zu diesem Zeitpunkt war die Sequenzierung von DNA bereits möglich, die Methoden waren jedoch wesentlich zeitaufwendiger und teurer.Der Grund, warum ein hitzebeständiges Enzym dies ermöglichte, liegt darin, dass das Kopieren von DNA eine Abfolge von Heiß-Kalt-Zyklen erfordert, bei denen man sich erhitzen muss, damit sich die DNA öffnet, dann wieder abkühlen muss, damit das Enzym kopieren kann, bevor sich die DNA wieder schließt usw. Die gängigsten Enzyme arbeiten jedoch eher bei 30 Grad Celsius. Während der PCR hält die Taq-Polymerase also den notwendigen Temperaturwechseln stand und wird nicht zerstört.
