Entwicklung neuer massenspektrometrischer Methoden zur Visualisierung metabolischer Interaktion mikrobieller Gemeinschaften in marinen Gewässern

• Antragsteller: Professor Dr. Daniel Petras
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322167805

Marine Mikroorganismen bilden komplexe Gemeinschaften mit extremer taxonomischer und genetischer Vielfalt und sind maßgeblich an den biogeochemischen Prozessen unserer Ozeane beteiligt. Neben dem grundlegenden akademischen Verständnis globaler Ökosysteme ist die Erforschung mariner mikrobieller Gemeinschaften von großer Wichtigkeit für den Menschen. Neben der Katalogisierung des mikrobiellen Inventars mariner Gewässer, die durch neue DNA-Sequenzierungsmethoden (Metagenomics) greifbar geworden ist, stellt die Analyse chemischer Kommunikation und Interaktion mikrobieller Gemeinschaften einen wichtigen Schritt für das Verständnis komplexer Ökosysteme dar.Aufgrund der stetig fortschreitenden Verbesserung von Massenspektrometern hat die ungezielte Analyse von Metaboliten (Non-targeted Metabolomics) Einzug in viele Forschungsbereiche erhalten. Im Gegensatz zu den Standard-Analyseverfahren von Metaboliten bzw. gelösten organischen Molekülen in Seewasser, die meist unbekannte Moleküle lediglich durch ihre exakte Masse charakterisieren, nutzen neue metabolische Arbeitsabläufe, meist Tandem-Massenspektrometrie-Experimente. Der inhärente Vorteil dieser Methode gegenüber klassischen Exaktmassenbestimmungen ist die wesentlich höhere Selektivität, die auf Grund der substanztypischen Fragmentspektren beruht. Bekannte Moleküle können so eindeutig identifiziert werden, gegenüber isobaren Verbindungen unterschieden bzw. deren Strukturen (de novo) aufgeklärt werden.Der initiale Schritt dieses Vorhaben ist es, solch einen Arbeitsablauf (Non-targeted Metabolomics) auf die Analyse von in Seewasser gelösten Metabolite anzuwenden. Neben der effektiven Inventarisierung der gelösten Verbindungen ist die räumliche sowie zeitlich aufgelöste Visualisierung der Metabolitkonzentrationen an verschiedenen geographischen bzw. zeitlichen Punkten das ultimative Ziel dieses Vorhabens. Die hierbei erzeugten metabolischen Karten und Konzentrationsprofile sollen letztendlich mit mikrobiellen Inventarlisten durch multivariate Statistikverfahren verglichen werden, um so mikrobielle Präsenzen und deren metabolisches Zusammenspiel aufzeigen zu können.Die Anwendung dieser Methode soll sich zuerst auf eine Pilotstudie in der Küstennähe von San Diego beschränken und dann später auf größeres Probengebiet während eines biologisch relevanten Ereignisses, wie etwa einer Algenblüte, richten. Die Ergebnisse werden hierbei grundlegende Erkenntnisse für ein besseres Verständnis der chemischen Interaktion mariner Mikroorganismen liefern und darüber hinaus zur Generierung neuer biologischen Hypothesen führen.Darüber hinaus wird die Kombination von Metagenom- und Meta-Metabolom-Analysen eine wichtige methodologische Grundlage für zukünftige Studien mikrobieller Ökosysteme schaffen und ist ein wichtiger Schritt in Richtung (mariner) Ökosystembiologie.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Pieter Dorrestein, Ph.D.