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Projekt
In situ Mechanismen des Polysaccharidabbaus durch Schlüssel-Gattungen der Bacteriodeten während der Frühjahrsalgenblüte
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr. Dörte Becher; Privatdozent Dr. Bernhard Fuchs
Fachliche Zuordnung
Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
Förderung
Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277249973
In diesem Teilprojekt untersuchen wir die in situ Mechanismen des Polysaccaridabbaus durch Schlüsselspezies während der Frühjahrsalgenblüte am Nordseestandpunkt Helgoland. Die Kombination von Proteomanalysen mit Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) ermöglicht die Bestimmung von Menge und Diversität spezifischer Flavobacterium-Gruppen und die Analyse welche Kohlenhydrat-abbauenden Enzyme während der Blüte durch diese Organismengruppen exprimiert werden. In der vorhergehenden POMPU Förderperiode konnte in Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten die Veränderungen in der Zusammensetzung der Mikrobengemeinschaften während der Phytoplanktonblüte bestimmt werden. Diese Daten waren ausschlaggebend für die Auswahl der im Detail zu analysierenden Zeitpunkte für alle anderen Teilprojekte. Ähnlich wie in vorherigen Frühjahrsblüten war auch in 2020 das periodisch aufeinanderfolgende Auftreten von spezifischen, meist Flavobacterium-Gruppen erkennbar, die den Gattungen Aurantivirga, Polaribacter and Candidatus Prosiliicoccus zuzuordnen sind. Die durch kontinuierliche Optimierung der Proteomanalysen erzielte außergewöhnlich hohe Anzahl von Proteinidentifizierungen (<27.000) ermöglichte es bereits für die Algenblüte im Jahr 2016 spezifische Kohlenhydrat-aktive Enzyme (CAZyme) im Verlauf zu analysieren und die Schlüsselbakterien im Abbau von Laminarin und Fucose-und Sulfat-haltigen Polysacchariden zu bestimmen. Für die Algenblüte in 2020 konnten bereits 33.000 Proteingruppen in der frei lebenden Bakterienfraktion identifiziert werden. Durch Nutzung von Polynukleotid Sonden von Genen die spezifisch CAZymes codieren, konnten wir eine Methode zur Identifizierung und Lokalisation von Schlüsselbakterien in Planktonproben entwickeln. In einem alternativen Ansatz wurden fluorenzenz-markierte Kohlenhydrate genutzt um Bakterien zu markieren, die das entsprechende Glucan aufnehmen. Durch Kombination von FISH, Durchflusszytometrie und Sequenzierung konnte gezeigt werden, dass eine bisher unbekannte Verrucomicrobium-Gruppe in der Lage sind große Mengen Laminarin aufzunehmen. Für Proteomeanalysen wurden zahlreiche Optimierungen durchgeführt, die Einsichten in den Polysaccharidabbau in situ ermöglichen. Dazu wurden verschieden Protokolle zur Analyse von Polaribacter KT25b getestet, die im Resultat die Reduktion des Ausgangsmaterials auf bis zu 100.000 Zellen ermöglichte. Allerdings, stellte die direkte Analyse der Umweltproben auf Grund der geringeren Zellgröße und der größeren Diversität eine Herausforderung dar. In der dritten Förderperiode werden wir die Arbeiten weiterhin auf die Proteomanalyse und die Visualisierung des Polysaccharidabaus in situ fokussieren. Es ist geplant, die bereits etablierten Methoden um zielgerichtete Proteomanalysemethoden zu ergänzen. Die geplanten in situ Analysen enthalten neue Aspekte, wie die Visualisierung spezifischer Charakteristika mit spezifisch CAZyme spezifischen Polynukleotid Sonden und hochauflösender Fluoreszenz Mikroskopie.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
