Bioinformatik: Parasiten stabilisieren Ökosystem

Der tropische Regenwald zählt zu den artenreichsten Gebieten der Erde. Hier leben Tausende von Insekten-, Vogel- und Säugetierarten, aber auch viele, kleinere Bodenorganismen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Biologen und Bioinformatiker haben nun deren Genom analysiert und dabei viele unbekannte Arten entdeckt; darunter auch Parasiten, die wahrscheinlich zur Stabilität des Ökosystems im Regenwald beitragen, wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Ecology and Evolution“ berichten.

Aus Bodenproben aus Costa Rica, Panama und Ecuador isolierten die Wissenschaftler über 130 Millionen DNA-Sequenzen der darin enthaltenen Mikroorganismen und verglichen diese mit bekannten Sequenzdaten. Das Ergebnis war, dass die Mehrheit zu völlig neuen, bis dato unbekannten Spezies gehörte. 

Das genetische Datenmaterial der Mikroorganismen wurde mit Methoden der Bioinformatik identifiziert. Dabei wurde ein Algorithmus eingesetzt, welcher die digitalisierten DNA-Sequenzen in  Stammbäume, welche bereits bekannte Arten enthalten, platziert.  Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass diese Art der Identifikationdie evolutionäre Geschichte der Organsimen berücksichtigt. Hierfür hatte die Forschungsgruppe von Alexandros Stamatakis den Evolutionary Placement Algorithm (EPA) bereits entwickelt, welcher für diese Arbeit zum Einsatz kam. Mit dem EPA können die Informatiker aus Heidelberg und Karlsruhe die enormen Datenmengen, welche durch moderne Sequenzanalysenmaschinen generiert werden, unter Zuhilfenahme von Höchstleistungsrechnern analysieren.

Nur aufgrund der Modifikation und Anwendung des bereits bestehenden Algorithmus war es möglich, die Sequenzanalysen des Genmaterials aus den verschiedenen Bodenproben überhaupt durchzuführen. „Unser Ergebnis zeigt, ass unser Ansatz funktioniert und auch in weiteren Grossprojekten Anwendung finden kann. Besonders im Projekt UniEuk, in dem eine umfassende Datenbank für Eukaryoten entwickelt werden soll, können wir künftig mit unserem Algorithmus arbeiten“, erklärt Alexandros Stamatakis, Professor für High Performance Computing in den Lebenswissenschaften am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und Leiter der Forschungsgruppe „Scientific Computing“ am HITS (Heidelberger Institut für Theoretische Studien) in Heidelberg.

In den Bodenproben aus den Regenwäldern befanden sich vor allem einzellige Tierparasiten, die Apicomplexa. Die Forscher vermuten, dass diese Parasiten zur Artenvielfalt der Tiere in diesen Wäldern beitragen, da sie das Anwachsen von Tierpopulationen durch Infektionen beschränken können.

Mehr zu der Studie in einer Presseinformation der Technischen Universität Kaiserslautern und in Nature.

Foto 1: Micah Dunthorn/TU Kaiserslautern

Foto 2: Alexandros Stamatakis / HITS, KIT