Metabolische Diversität des chemoautotrophen Riftia pachyptila-Symbionten

• Antragstellerin: Dr. Stephanie Markert
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 268708926

In der schwefelreichen Umgebung von Hydrothermalquellen des östlichen Pazifik lebt der Tiefsee-Röhrenwurm Riftia pachyptila in einer hoch spezialisierten monospezifischen Symbiose mit chemoautotrophen Bakterien. Die Sulfid-oxidierenden Endosymbionten fixieren CO2 und versorgen so ihre darmlosen Wirte mit organischen Kohlenstoffverbindungen. Die Bakterien profitieren dabei ihrerseits von konstant hohen Substrat-Konzentrationen im Inneren der Tiere. Das kürzlich sequenzierte Metagenom der bisher nicht kultivierbaren Symbionten legte den Grundstein für eingehende metagenomische und physiologische Analysen. Im Rahmen einer detaillierten proteomischen Kartierung des Riftia-Symbionten wurde eine Reihe von alternativen Stoffwechselwegen identifiziert, die offenbar gleichzeitig in der Bakterien-Population eines Wirtes exprimiert sind, die aber anscheinend redundante Reaktionen ausführen oder sogar in entgegengesetzte Richtungen laufen. Diese Beobachtungen lassen auf die Existenz metabolisch verschiedener Subpopulationen im Trophosom, dem die Bakterien beherbergende Wirtsgewebe, schließen. Innerhalb der Trophosom-Läppchen differenzieren sich die intrazellulären Symbionten in einem Zell-Zyklus von kleinen, sich teilenden Stäbchen zu kleinen und schließlich zu großen Kokken. Diese verschiedenen Morphotypen gehen höchst wahrscheinlich mit unterschiedlichen metabolischen Strategien einher, was die beschriebene physiologische Vielfalt erklären würde. Im Rahmen des geplanten Projektes soll diese Hypothese in drei Ansätzen untersucht werden: (I) Anreicherung der Morphotypen: Um zu prüfen, ob die Zell-Zyklus-Stadien metabolisch verschiedene Symbionten-Subpopulationen darstellen, werden die Morphotypen durch Dichtegradienten-Zentrifugation angereichert und umfassend proteomisch untersucht und verglichen. (II) Protein-Lokalisierung: Darüber hinaus werden Schlüssel-Enzyme der potentiell redundanten oder gegenläufigen Stoffwechselwege immunohistologisch in Gewebeschnitten der Trophosom-Läppchen detektiert. (III) Energie-Limitation: Mittels vergleichender Proteomanalyse sollen die Reaktion des Riftia-Symbionten auf Energie-Limitation untersucht sowie potentielle Unterschiede zwischen den Anpassungsstrategien der einzelnen Subpopulationen identifiziert werden. Hierfür werden angereicherte Morphotypen-Fraktionen aus schwefelreichem (energiereichem) Trophosom und Fraktionen aus schwefelarmem (energiearmem) Trophosom verglichen. Weiterhin wird eine vergleichende, quantitative Analyse des Metaproteoms von Gesamt-Gewebe aus energiereichem und aus energiearmem Trophosom durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen