Molekulare Charakterisierung der Aggregatbildenden Wechselwirkung von Marinobacter adhaerens HP15 mit Thalassiosira weissflogii

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias S. Ullrich
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 209484153

In allen lichtdurchfluteten marinen Habitaten nehmen Phyto¬planktonzellen wie z.B. Diatomeen (Kieselalgen) atmosphärisches CO2 mittels Photosynthese auf und führen dieses der sogenannten Biologischen Pumpe zu. Das meiste so fixierte CO2 wird direkt von Konsumenten wieder an die Atmosphäre abgegeben während 1-10 % des durch Phytoplankton fixierten CO2 mittels schnell sinkender Aggregate, die als Marine Snow bezeichnet werden, in die Tiefsee transportiert werden. Bakterien nehmen wesentlichen Einfluss auf die Bildung von Marine Snow Aggregaten (Partikel). Die genaue Analyse der zellulären Wechselwirkungen zwischen Diatomeen und Bakterien war die wesentliche Aufgab der ersten Förderperiode dieses Forschungsprojektes. Hierzu wurde ein bilaterales Diatomeen-Bakterien Modellsystem im Zusammenhang mit gerichteter Mutagenese, einem In vivo Expression Technology (IVET)-Ansatzes sowie einer Proteomics-Analyse gewählt, um bakterielle Gene und Proteine zu identifizieren, die für die Interaktion wichtig sind. Das Interaktionssystem besteht aus der Diatomeen Thalassiosira weissflogii und dem Gamma-Proteobakterium Marinobacter adhaerens HP15, welches eine reproduzierbare und spezifische Anheftung an T. weissflogii-Zellen zeigte, die Bildung von Diatomeen-Exopolymern induzierte und zur Bildung von Marine Snow Aggregaten führte. Mittels Gen-spezifischer Mutagenese konnte gezeigt werden, dass sowohl die Flagellum- als auch die Pilus-assoziierte bakterielle Chemotaxis für die initiale Anheftung an Diatomeen-Zellen notwendig waren. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass sich die chemische Zusammensetzung der durch die Diatomeen gebildeten transparenten exopolymeren Partikel in Anwesenheit der Bakterien ändert. Erstaunlicherweise wiesen die Ergebnisse des IVET-Ansatzes und der Proteomics-Analyse daraufhin, dass das Bakterium nicht von durch die Diatomeen freigesetzten Zuckern oder Karbohydraten sondern von abgesonderten Aminosäuren profitiert und das dies möglicherweise unter Phosphat- limiterenden Bedingungen stattfindet. Der IVET-Ansatz zeigte weiterhin, dass M. adhaerens möglichweise einen durch den tight adherence locus-kodierten Typ IVb-Pilus benutzt, um sich an die Diatomeen-Zelle anzuheften und dass das Bakterium während der Interaktion mit Diatomeen von seiner Fähigkeit profitiert, erhöhte und üblicherweise toxische Konzentrationen von Zink zu überleben. Das sich aus den bisherigen Ergebnissen herausbildende, hoch-komplexe aber immer noch undeutliche Gesamtbild führt zu wesentlichen neuen Fragestellungen, die in der hiermit beantragten zweiten Förderperiode bearbeitet werden sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen