Chemische Verteidigungsmechanismen von bakteriellen Gemeinschaften im Ozean

• Antragsteller: Dr. Stefan Thiele
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275177774

Im Ozean, dem zweitgrößten Kohlenstoffreservoir der Erde, werden substanzielle Mengen von Kohlenstoff durch mikrobielle Prozesse innerhalb der sogenannten mikrobiellen Schleife umgesetzt. Innerhalb dieser Schleife wird Kohlenstoff zwischen verschiedenen trophischen Ebenen zirkuliert und verbleibt im Oberflächenwasser, wo die meiste Primärproduktion stattfindet. Daher sind Interaktionen zwischen den trophischen Ebenen, besonders zwischen der bakteriellen und archaeellen Gemeinschaft und ihren nano- und picoplanktonischen Räubern, von immenser Bedeutung für das Verständnis des globalen Kohlenstoffzyklus. Diese Räuber-Beute Beziehungen werden allerdings in Studien der mikrobiellen Gemeinschaft häufig vernachlässigt. Diverse Verteidigungsmechanismen der Bakterien und Archaeen, wie morphologische Adaptionen, Biofilmbildung, Bewegungsabläufe und chemische Verteidigungsmechanismen, wie die Änderungen der Zelloberfläche und das Ausscheiden von bestimmten Sekundärmetaboliten, wurden unlängst beschrieben. Grade letztere wurden nur wenig untersucht und stehen im Fokus dieses Projekts. Zunächst werde ich eine Interaktionsmatrix mit verschiedenen Vibrio-Stämmen und ihren natürlichen Fraßfeinden erstellen, um die Mechanismen des Fraßschutzes mittels genomischer, molekulargenetischer und chemischer Methoden zu untersuchen. Die Gattung Vibrio ist hierfür ein optimales Model, da es innerhalb der Gattung zu einer hohen physiologischen Diversität von eng verwandten Organismen kommt. Etwa 10.000 Vibrio-Stämme, von denen etwa 1.000 vollständig sequenziert sind, sind im Labor meines Gastgebers Prof. Dr. Martin Polz am Massachusetts Institute of Technology verfügbar. Ich werde 100 dieser Stämme mit mixotrophen oder heterotrophen Räubern aus dem Labor von Dr. Matthew Johnson vom Woods Hole Oceanographic Institute co-inkubieren um die unterschiedlichen Fraßraten zu ermitteln. Dies wird mir helfen Kandidaten für die folgenden Genomanalysen auszuwählen, um Stoffwechselwege zur Produktion von bekannten Sekundärmetaboliten und potentiellen neuen Sekundärmetaboliten, die der Verteidigung dienen, zu finden. Potentielle Gene und Stoffwechselwege die zur Produktion von chemischen Abwehrmitteln dienen könnten, werden durch Transposoninsertion getestet. Die so entstandenen Mutanten der Kandidaten werden mit den Räubern inkubiert. Die Mutanten mit den Transposoneinschüben in den entsprechenden Gene werden im Test stärkerdezimiert als die Ausgangsstämme, da die Verteidigungsmechanismen unterbrochen wurden, was weitere Knock-Out Experimente bestätigen könnten. Diese Experimente werden um chemische Analysen der ausgeschiedenen Chemikalien von Stämmen mit potentiellen chemischen Verteidigungsmechanismen ergänzt. Dies wir im Labor von Dr. Tracy Mincer am Woods Hole Oceanographic Institute erfolgen. Die Ergebnisse dieser Studie können helfen chemische Verteidigungsmechanismen von Bakterien und Archaeen zu verstehen und können Einblicke in die Entstehung von Mikrodiversität gewähren.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Martin Polz, Ph.D.