Virale Aktivität in tiefen marinen Sedimenten

• Antragsteller: Dr. Tim Engelhardt
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres ; Virologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279186250

Das mikrobielle Leben in der marinen tiefen Biosphäre wird durch äußerst geringe Energieverfügbarkeit und sehr niedrige metabolische Raten bestimmt, welche zu einem Umsatz der Biomasse in Zeiträumen von Jahrzehnten bis Jahrtausenden führen. Gestorbene Zellen werden in das Reservoir der so genannten Necromasse (tote Biomasse) überführt und bei sehr geringen Umsatzraten abgebaut, womit die Aufrechterhaltung des mikrobiellen Lebens unterstützt wird. Faktoren, die zum Sterben der Zellen führen, sind daher wichtige Bestandteile für den Kreislauf des mikrobiellen Lebens und für den Umsatz von Biomasse in den tiefen Sedimenten. Die anoxischen und stark komprimierten Sedimente bedingen die Abwesenheit von Frassfeinden und legen die Vermutung nahe, dass Viren als Hauptgrund aktiv das Sterben von Zellen verursachen. Viren kommen in großer Anzahl in tiefen Sedimenten vor und überschreiten standortbedingt die Zellzahlen. Die virale Aktivität und folglich der zu erwartende virale Einfluss auf das mikrobielle Leben ist jedoch noch nicht quantitativ erfasst. Im hier vorgeschlagenen Projekt, wollen wir erstmalig die virale Aktivität und damit auch der von Viren verursachte Umsatz von Biomasse in tiefen Sedimenten quantifizieren. Die folgenden Fragen sollten am Ende der Projekts beantwortet sein: Welchen quantitativen Einfluss haben Viren auf die mikrobiellen Gemeinschaften in der Tiefen Biosphäre? Welche Bedeutung haben Viren im Kreislauf des mikrobiellen Lebens hinsichtlich der äußerst langsamen Generationszeiten? Welche Rolle könnte der durch Viren verursachte Umsatz von organischem Material und Nährstoffen haben? Wir werden die direkte bildabhängige Analyse von Zellen und Viren mit der Modellierung von Raten kombinieren, um die die virale Produktion zu bestimmen. Dieser Ansatz umgeht die für die Tiefe Biosphäre typische Einschränkung von Aktivitätsbestimmungen, bedingt durch die sehr geringe mikrobielle Aktivität. Experimente zur Kultivierung von in der Tiefen Biosphäre angesiedelter, autotropher und heterotropher Bakterien wird zur qualitativen Analyse von organischem Material führen, welches während der viralen Zelllyse freigesetzt wird. Dies führt zur Beantwortung einer weiteren Frage, ob Viren durch die Freisetzung von autotroph fixierter Biomasse das Wachstum von heterotrophen Organismen fördern. Zu einer Abschätzung, in wie weit diese Kohlenstofffreisetzung die Geochemie und das mikrobielle Leben in den Sedimenten beeinflusst, wird mittels der direkten molekularbiologischen Quantifizierung spezifischer Viren und deren Wirtszellen führen. Die erwarteten Ergebnisse dieses Projekts werden die Integration von Viren in die quantitativen Berechnungen zum Umsatz der mikrobiellen Biomasse und der Nährstoff und Kohlenstoffkreisläufe ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 527: Bereich Infrastruktur - "International Ocean Discovery Program" (IODP)