Isolation, Phenotypic Characterisation and Molecular Identification of Thermophilic and Halophilic Bacteria from the İzmir–Dikili (Bademli) Marine Hot Spring, Türkiye

Tief unter der Erdkruste, wo Gestein auf Feuer trifft und der Ozean auf das Land, liegen Umgebungen, die so lebensfeindlich sind, dass die meisten Lebewesen sofort zugrunde gehen würden. Dies sind die heißen Quellen, natürliche Öfen, in denen Wasser kocht und Mineralien sich in hohen Konzentrationen lösen. Doch innerhalb dieser siedenden, salzhaltigen Becken gedeiht eine verborgene Welt. Wissenschaftler nennen diese Überlebenskünstler Extremophile – Organismen, die sich entwickelt haben, um unter Bedingungen nicht nur zu bestehen, sondern zu florieren, die gewöhnliches Leben vernichten würden. Unter ihnen sind Thermophile, die intensive Hitze lieben, und Halophile, die hohen Salzgehalt benötigen. Das Verständnis darüber, wie diese mikroskopischen Kreaturen überleben, bietet mehr als nur biologische Neugier; es bietet ein Fenster dazu, wie das Leben auf der Erde begonnen haben könnte, und deutet auf leistungsstarke Werkzeuge für die Industrie hin, von Reinigungsmitteln, die in heißem Wasser funktionieren, bis hin zu Enzymen, die Abfälle abbauen können.

In einer speziellen Ecke des westlichen Türkeys, wo die Ägäis gegen eine geothermische Landschaft brandet, richteten Forscher ihre Aufmerksamkeit auf die Bademli-Meerwasserquelle. Gelegen nahe dem Dorf Bademli im Bezirk Dikili, ist dieser Ort einzigartig, da er einer der seltenen Orte ist, an denen heißes Grundwasser, das durch die Magma der Erde erwärmt wurde, direkt mit Meerwasser vermischt, bevor es an die Oberfläche tritt. Dies schafft ein natürliches Labor aus extremer Hitze und hoher Salinität. Ein Team von Wissenschaftlern der Dicle-Universität machte sich auf den Weg, um dieses Ökosystem zu erforschen, und stellte eine einfache, aber tiefgründige Frage: Welche Arten von Bakterien leben hier, und wie sind sie gebaut, um zu überleben?

Die Forscher begannen ihre Arbeit mit dem Besuch von drei verschiedenen Stellen entlang des Randes der Quelle, die jeweils eine eigene Temperatur und chemische Zusammensetzung aufweisen. An der heißesten Station erreichte das Wasser fast 70 Grad Celsius, während die anderen etwas kühler, aber dennoch siedend waren. Von diesen Standorten sammelten sie Wasser-, Schlamm- und Sandproben. Zurück im Labor betrachteten sie die Proben nicht einfach nur unter einem Mikroskop; sie lockten die unsichtbaren Bewohner zum Wachsen. Sie gaben die Proben in spezielle Nährstoffbrühen, die darauf ausgelegt waren, hitzeliebende und salztolerante Bakterien zu begünstigen, und um sicherzustellen, dass sie die widerstandsfähigsten Formen erfassten, erhitzten sie die Proben für zehn Minuten auf 80 Grad Celsius. Dieser Schritt war entscheidend, da er alle Bakterien abtötete, die keine schützenden Sporen bilden konnten, wodurch nur die zähesten Überlebenden zurückblieben.

Aus diesem Prozess isolierte das Team siebenundzwanzig verschiedene Bakterienstämme. Jeder Stamm bildete eine Kolonie mit einer eigenen, einzigartigen Persönlichkeit. Einige Kolonien waren kreisförmig und glatt, während andere unregelmäßig oder filamentös waren. Ihre Farben reichten von cremeweiß und blassgelb bis hin zu dunkelbraun und sogar rosa. Um diese winzigen Organismen zu verstehen, unterzogen die Wissenschaftler sie einer Reihe von Tests. Sie prüften, ob die Bakterien sich von selbst bewegen konnten, ob sie komplexe Zucker wie Stärke abbauen konnten und wie sie auf verschiedene Chemikalien reagierten. Sie testeten auch, welche Antibiotika das Wachstum der Bakterien stoppen konnten, ein Standardverfahren, um deren biologische Abwehrmechanismen zu verstehen. Die Ergebnisse offenbarten eine vielfältige Gemeinschaft. Die meisten der Bakterien waren grampositiv, was bedeutet, dass sie eine dicke Zellwand besitzen, und sie waren alle in der Lage, Sporen zu bilden – ein Überlebensmechanismus, der es ihnen ermöglicht, unter harten Bedingungen zu „schlafen“. Sie waren zudem allgemein in der Lage, Sauerstoff zu atmen und Proteine sowie Stärke abzubauen, Eigenschaften, die auf einen robusten und aktiven Stoffwechsel hindeuten.

Der aufschlussreichste Teil der Studie kam, als die Wissenschaftler den genetischen Code von dreizehn dieser Stämme untersuchten. Durch die Sequenzierung eines spezifischen Gens, des 16S-rRNA-Gens, das wie ein biologischer Fingerabdruck für Bakterien fungiert, konnten sie genau identifizieren, was sie vor sich hatten. Die genetische Analyse zeigte, dass die überwiegende Mehrheit dieser hitzeliebenden, salztoleranten Bakterien zwei bekannten Gruppen angehörte: der Gattung Bacillus und der Gattung Anoxybacillus. Dies sind Bakterienfamilien, die berühmt für ihre Fähigkeit sind, extremen Umgebungen standzuhalten. Die genetischen Sequenzen der neuen Isolate stimmten eng mit bekannten Arten wie Bacillus haynesii, Bacillus paralicheniformis und Anoxybacillus gonensis überein.

Doch die Geschichte endete nicht mit der einfachen Identifizierung. Als die Forscher die genetischen Sequenzen ihrer neuen Isolate mit der Datenbank bekannter Bakterien verglichen, fanden sie etwas Interessantes. Während viele der Stämme sehr ähnlich zu bekannten Arten waren, zeigten mehrere eine genetische Übereinstimmung von weniger als 98 Prozent. In der Welt der bakteriellen Taxonomie deutet eine Übereinstimmung unter diesem Schwellenwert oft darauf hin, dass der Organismus eine neue Spezies oder eine eigenständige Unterart sein könnte, die bisher noch nie beschrieben wurde. Beispielsweise zeigte ein Stamm von der heißesten Station eine Ähnlichkeit von nur 96,73 Prozent mit seinem nächsten bekannten Verwandten, was darauf hindeutet, dass es sich um eine einzigartige Variante handeln könnte, die speziell an die Bademli-Quelle angepasst ist.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Bademli-Meerwasserquelle ein reicher Speicher für mikrobielle Diversität ist und eine Gemeinschaft von Bakterien beherbergt, die perfekt auf die dualen Belastungen von hoher Hitze und hohem Salzgehalt abgestimmt sind. Die Tatsache, dass diese Organismen größtenteils zu den Gruppen Bacillus und Anoxybacillus gehören, ist signifikant, da Mitglieder dieser Familien dafür bekannt sind, Enzyme zu produzieren, die bei hohen Temperaturen stabil und aktiv bleiben. Obwohl die Arbeit nicht behauptet, ein Wunderheilmittel oder einen neuen industriellen Prozess entdeckt zu haben, stellt sie fest, dass diese türkische Quelle eine natürliche Heimat für diese vielseitigen Mikroben ist. Das Vorhandensein von Stämmen, die der Wissenschaft möglicherweise neu sind, deutet darauf, dass die Bademli-Quelle ein ungenutztes Potenzial birgt. Indem Wissenschaftler verstehen, wie diese Bakterien überleben und funktionieren, können sie die Grenzen des Lebens auf der Erde besser verstehen und vielleicht eines Tages ihre einzigartigen biologischen Werkzeuge zum Nutzen der Menschheit nutzen.