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Projekt
Mechanismen des Polysaccharid-Abbaus in Partikel-assoziierten mikrobiellen Gemeinschaften
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Jens Harder; Privatdozentin Dr. Katharina Hoff
Fachliche Zuordnung
Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
Förderung
Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277249973
Mikrobielle Prozesse an und in marinen Partikeln sind von zentraler Bedeutung für den Kohlenstoffkreislauf der Ozeane. Diese Partikel bestehen zum Großteil aus eukaryotischem Phytoplankton mit komplexen Polysacchariden. Partikel-assoziierte (PA) Bakterien, welche solche Algen-Polysaccharide abbauen, bestimmen somit über den Verbleib dieses Kohlenstoffs. In B3 untersuchen wir die Komplexität solcher marinen Partikel mithilfe metagenomischer und metaproteomischer Techniken, sowohl in natürlichen Phytoplanktonblüten als auch durch gezielte Isolierung und physiologische Charakterisierung ausgewählter PA-Bakterienstämme. Mittels unserer neu entwickelten Metaproteomics-Pipeline konnten wir die Partikelfraktion einer Phytoplanktonblüte von 2018 analysieren und die einzigartige Lebensweise Partikel-assoziierter Organismen aufdecken. Basierend auf rRNA-Gen-Amplikon-Sequenzierung führten wir Co-Occurrence-Netzwerk-Analysen durch und konnten so unterschiedliche bakterielle Gemeinschaften identifizieren, die entweder mit Kieselalgen oder mit Dinoflagellaten assoziiert sind. Auf Grundlage von Long-Read-Metagenom-Sequenzierung konnten wir außerdem eukaryotische Genome aus Partikeln assemblieren. Dies eröffnet uns die vielversprechende Möglichkeit, Interaktionen zwischen Phytoplankton und Bakterien und ihren Einfluss auf den Polysaccharid-Abbau genauer zu untersuchen. Die Nutzung von Sedimentationsgefäßen ermöglichte es uns darüber hinaus, Modellbakterien zu identifizieren, die mit Partikeln lose assoziiert oder aber fest an Partikel gebundenen sind, und eine Stammsammlung solcher PA-Bakterien anzulegen. Proteomanalysen von Muricauda- und Maribacter-Stämmen ergaben, dass diese Polysaccharid-verwertenden PA Modell-Bakterien neuartige Glykosylhydrolasen mit unbekannter Substratspezifität exprimieren. Wir konnten zeigen, dass Maribacter, auf Mikroalgen-Zellwänden angezogen, ein sehr ähnliches Protein-Muster ausbildet, wie auf Arabinogalactan. In der dritten Phase des Teilprojekts B3 werden wir uns verstärkt der eukaryotischen Komponente von Partikelmikrobiomen widmen. Unter der Leitung der neuen PI werden wir eukaryotische Genome aus Metagenom-Daten assemblieren und ihre proteinkodierenden Gene annotieren um die bisher nur begrenzt zugängliche Komplexität mariner Partikel weiter zu erschließen. Wir werden hochauflösende metaproteomische Analysen der Frühjahrsblüte 2020 mit vertiefenden Co-Occurence-Netzwerk-Analysen des Bakterio-Phytoplanktons kombinieren, und damit in der Lage sein, sowohl die eukaryotische als auch die bakterielle Seite der Interaktionen in Partikeln und ihre Auswirkungen auf den Abbau und die Synthese von Polysacchariden zu beleuchten. Darüber hinaus planen wir die biochemische Charakterisierung bakterieller Enzyme, deren Expression bei der Verwertung Partikel-typischer Substrate induziert wird, um so weitere bisher unbekannte auf marine Polysaccharide spezialisierte Enzyme zu identifizieren.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
