Globaler Genom-Atlas offenbart verborgene Mikroeukaryoten in Seen
Winzige einzellige Organismen spielen eine zentrale Rolle in aquatischen Ökosystemen: Sie reinigen das Wasser, können jedoch auch toxische Wirkungen entfalten. Forschende haben erstmals einen globalen Genom-Atlas erstellt, der auf DNA-Daten aus 362 Seen basiert. Dieses Werk legt die Grundlage für eine verbesserte Überwachung von Gewässern.
Vielfalt mikroskopischer Einzeller in einem Tropfen Wasser
In einem Tropfen Seewasser befinden sich zahlreiche mikroskopisch kleine Algen und verwandte Organismen wie Amöben. Diese sogenannten Mikroeukaryoten wandeln Sonnenlicht in Energie um, ernähren sich von Bakterien, tragen zur Wasserreinigung bei und dienen als Nahrungsquelle für Kleintiere, die wiederum Fische fressen. Ein Ungleichgewicht in diesem Ökosystem kann schwerwiegende Folgen haben: So führte 2022 eine toxische Mikroalgenblüte im deutsch-polnischen Grenzfluss Oder zum Fischsterben von etwa 360 Tonnen.
Limitierte traditionelle Überwachungsmethoden
Die bisherige Überwachung erfolgt durch manuelle Zählung der Organismen unter dem Mikroskop, eine Methode, die seit 1958 angewandt wird. Diese Vorgehensweise ist zeitaufwendig, erfordert spezielles Fachwissen und ist fehleranfällig. Laut Adrian-Stefan Andrei, Leiter der Forschungsgruppe Microbial Evogenomics an der Universität Zürich, sind morphologisch ähnliche Algenarten unter dem Mikroskop oft nicht unterscheidbar, insbesondere wenn einige toxisch sind. Die DNA-Analyse könnte hier den entscheidenden Unterschied machen, doch bislang fehlte eine umfassende genetische Referenzdatenbank für Mikroeukaryoten.
Erstellung eines globalen Genom-Atlas
Um diese Lücke zu schließen, analysierte das Forschungsteam um Andrei weltweit 3.400 DNA-Datensätze aus 362 Seen und Stauseen in 28 Ländern. In einer internationalen Kooperation wurden nahezu 20.000 mitochondriale Genome von rund 3.660 Arten rekonstruiert. Der daraus entstandene Genom-Atlas dokumentiert eine bisher unbekannte Artenvielfalt: Für mehrere Algengruppen wurden sechs- bis über zwanzigmal mehr Arten identifiziert als in der führenden genetischen Referenzdatenbank.
Dennoch konnten weniger als fünf Prozent der Genome einer bekannten Gattung zugeordnet werden, und etwa 750 Arten blieben unbekannt. Erstautor Lucas Serra Moncadas betont, dass ein großer Teil der biologischen Vielfalt in Seen bislang unerkannt ist und nicht erfasst wurde.
Innovative Methodik zur DNA-Analyse
Im Gegensatz zu herkömmlichen DNA-Tests, die auf spezifische molekulare Marker setzen und dadurch nur bestimmte Organismengruppen erfassen, basiert die neue Methode auf der Sequenzierung der gesamten DNA aus Wasserproben. Nach Filtration wird die gesamte DNA gesammelt und mithilfe maschinellen Lernens die mitochondriale DNA herausgefiltert. Diese ist aufgrund ihrer geringen Größe und höheren Evolutionsrate besser geeignet, um auch nahe verwandte Arten zuverlässig zu unterscheiden.
Zur Standardisierung wurden klare Kriterien definiert: Mitochondriale Genome mit mindestens 98,1 % Übereinstimmung werden als dieselbe Art klassifiziert. Durch die Erweiterung des Atlas wird der genetische Referenzpool kontinuierlich vervollständigt, was die Analyse neuer Proben erleichtert.
Potenzial für globale Gewässerüberwachung
Der Genom-Atlas eröffnet neue Möglichkeiten für die Überwachung von Gewässern weltweit. Eine DNA-basierte Analyse der Mikroeukaryoten ermöglicht eine schnellere Reaktion auf Umweltveränderungen wie Überhitzung oder Verschmutzung. Zudem könnten toxische Algenblüten frühzeitig erkannt werden, um ökologische Schäden zu verhindern. Adrian-Stefan Andrei fasst zusammen, dass bisher nur ein Bruchteil der aquatischen Lebensgemeinschaften sichtbar war und künftig bereits eine einzelne Wasserprobe Aufschluss über die biologische Zusammensetzung und Veränderungen in Seen geben könnte.
Kontakt für wissenschaftliche Rückfragen
Dr. Adrian-Stefan Andrei
Limnologische Station
Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie (IPMB)
Universität Zürich
Telefon: +41 44 634 92 21
E-Mail: stefan.andrei@limnol.uzh.ch
Publikation
Lucas Serra Moncadas et al.: A global mitochondrial genomic atlas illuminates freshwater microeukaryote diversity. Nature Communications, 25. September 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-78160-1
Weiterführende Informationen
https://www.news.uzh.ch/de/articles/media/2026/Wasseratlas.html
