Nach welchen Regeln werden mikrobielle Konsortien zusammengesetzt? - Eine Aufklärung anhand natürlich replizierter Mikrobiome

• Antragstellerin: Dr. Verena Brauer
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 381205788

Mikrobielle Konsortien sind für die menschliche Gesundheit, industrielle Biotechnologie oder auch für das Weltklima von großer Bedeutung. Es wird angenommen, dass die Artenzusammensetzung und ökologische Funktion von mikrobiellen Gemeinschaften von sowohl neutralen also auch deterministischen Prozessen kontrolliert wird. Das Ziel dieses Forschungsvorhaben ist es, die relative Bedeutung dieser Prozesse bezüglich der taxonomischen Diversität in der Gemeinschaft, der funktionellen Spezialisierung einzelner Taxa, und der Ebene der ökologischen Organisation systematisch zu untersuchen. Dazu sollen die Hypothesen getestet werden, dass(i) die Bedeutung neutraler Prozesse mit dem Artenreichtum innerhalb einer Gemeinschaft zunimmt, während hingegen die Bedeutung deterministischer Prozesse abnimmt. (ii) Nahrungsgeneralisten mehr von neutralen Prozessen kontrolliert werden, während hingegen Nahrungsspezialisten mehr von deterministischen Prozessen kontrolliert werden.(iii) neutrale Prozesse innerhalb funktioneller Gruppen wichtiger sind, während hingegen deterministische Prozesse zwischen funktionellen Gruppen wichtiger sind.Um diese Hypothesen zu testen soll in diesem Projekt ein einzigartiges System genutzt werden: mikrobielle Gemeinschaften, die vor kurzem in winzigen Wassertropfen im Pitch Lake auf Trinidad gefunden wurden, dem größten natürlichen Teersee der Welt. Diese außergewöhnlichen mikrobiellen Konsortien sind ideal um ökologische Prozesse zu untersuchen, weil sie natürlich replizierte Lebensgemeinschaften darstellen, die sich über ein langen Zeitraum isoliert voneinander und in einer räumlich und zeitlich homogenen Umgebung entwickelt haben. Das Projekt beginnt mit dem Isolieren von 100 Wassertropfen-Gemeinschaften und dem Bestimmen der taxonomischen Zusammensetzungen mit Hilfe von Amplicon-Sequenzierung der 16S rRNA-Gene. Anschließend werden die einzelnen Taxa aufgrund ihrer funktionellen Gene in Gruppen mit ähnlicher ökologischer Funktion eingeteilt. Das Bestimmen der funktionellen Gene erfolgt durch das Sequenzieren von Mini-Metagenomen mittels Einzelzell-Techniken. Im letzten Schritt werden mit Hilfe von stochastischen Computersimulationen synthetische Konsortien mit neutraler Artenzusammensetzung generiert. Diese werden dann mit den Wassertropfen-Konsortien statistisch verglichen, um den Einfluss von neutralen und deterministischen Prozessen bezüglich der Größe der Gemeinschaft, dem Grad der Nahrungspezialisierung, und der ökologischen Ebene zu bestimmen. Die neu gewonnenen Erkenntnisse werden ein besseres Vorhersagen und Kontrollieren komplexer mikrobieller Gemeinschaften ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Rainer Udo Meckenstock