Rätselhafte Lebensgemeinschaft im Reich der Archaea: Die Feuerkugel und ihr Urzwerg

Abstract

Nanoarchaeum equitans und Ignicoccus hospitalis sind anaerobe hyperthermophile Mikroorganismen. Sie repräsentieren eine einzigartige, rein archaeelle Lebensgemeinschaft, in der N. equitans zwingend auf seinen Wirt I. hospitalis angewiesen ist, da es alle seine Lipide und Aminosäuren von ihm bezieht. I. hospitalis lebt von der Reduktion elementaren Schwefels mit Wasserstoff. Er besitzt einen neuen CO2-Fixierungsweg und eine für Archaeen einmalige Zellstruktur aus innerer und äußerer Membran, die zwei Zellkompartimente bilden, das Cytoplasma und einen großen Intermembranraum. Durch immunologische Analysen zeigten wir, dass bei I. hospitalis die ATP-Synthase- und die H2:Schwefel-Oxidoreduktase-Komplexe in seiner äußeren Membran lokalisiert sind. Damit ist er der erste Prokaryot mit einer energetisierten äußeren Membran, ATP-Synthese außerhalb des Cytoplasmas und der räumlichen Trennung von Energiekonservierung und Informationsübertragung oder Proteinbiosynthese. Daraus ergeben sich zahlreiche Fragen zur Funktion und Charakterisierung der beiden Membranen und Zellkompartimente sowie einem möglichen Energietransfer zu N. equitans.

An enigmatical association of two Archaea

The obligate anaerobic hyperthermophilic Nanoarchaeum equitans and Ignicoccus hospitalis represent a unique, purely archaeal biocoenosis which is mandatory for N. equitans. Its strong dependence on I. hospitalis is affirmed by the fact that its lipids and amino acids are obtained exclusively from the host. The Crenarchaeon I. hospitalis is characterized by energy production via reduction of elemental sulfur with molecular hydrogen and a novel CO2-fixation pathway. It possesses a unique cell envelope for Archaea with an inner and an outer membrane, forming two cell compartments, the cytoplasm and a huge intermembrane compartment. By immuno-analyses we demonstrated that the ATP synthase and H2:sulfur oxidoreductase complexes of I. hospitalis are located in the outer membrane. Thus I. hospitalis is the first Prokaryote with an energized outer membrane, ATP synthesis outside the cytoplasm, and spatial separation of energy conservation from information processing and protein biosynthesis. This raises many questions on the function and characterization of the two membranes, the two cell compartments, and a possible ATP transfer to N. equitans.