Unraveling mechanisms of microbial community assembly using naturally replicated microbiomes
Final Report Abstract
Im dem Forschungsprojekt mit dem Titel „Nach welchen Regeln werden mikrobielle Konsortien zusammengesetzt? – Eine Aufklärung anhand natürlich replizierter Mikrobiome“ wurden grundlegende Fragen zur Ökologie mikrobieller Gemeinschaften adressiert. Dazu wurden 193 mikrobiellen Gemeinschaften untersucht, die in winzigen Wassertropfen im Pitch Lake auf Trinidad gefunden wurden, weil sie eine Art natürlich replizierter Lebensgemeinschaften darstellen, die sich über einen vermutlich langen Zeitraum isoliert voneinander und in einer räumlich und zeitlich relativ homogenen Umgebung entwickelt haben. Die Ergebnisse zeigten, dass die Wassertropfen von lebenden, stoffwechselaktiven, anaeroben Bakterien und Archaeen bevölkert wurden, und dass die Wassertropfengemeinschaften räumlich isolierte Inseln im Öl darstellten, die vornehmlich durch selektive Aufbauprozesse geformt wurden, jedoch nicht durch andere Prozesse wie die räumliche Verbreitung von Mikroorganismen, Artenbildung oder neutrale Drift. Der Salzgehalt stellte sich als besonders wichtiger selektiver Faktor heraus, wobei Salz nicht kontinuierlich, sondern bei Überschreitung eines Schwellenwertes wirkte. Die unerwartet hohen Konzentrationen von Sulfat in den Wasserstropfen hatten keinen Einfluss auf die taxonomische Zusammensetzung, sie ließen aber durch die hemmende Wirkung von den ebenfalls unerwartet hohen Formiat-Konzentrationen auf Sulfatreduktion erklären, was in Experimenten gezeigt wurde. Trotz der hohen Variabilität in der chemischen Zusammensetzung des Wassers und den relativen Häufigkeiten einzelner operational taxonomic units (OTUs) in den Wassertropfen, bestanden die Wassertropfengemeinschaften zu 69 % aus den gleichen OTUs. Vorläufige Metagenomanalysen weisen darauf hin, dass diese sogenannten Core-OTUs Öl abbauen können und damit eine essentielle Rolle für die Gemeinschaft spielen. Zusammenfassend weisen die Ergebnisse dieses Projekt darauf hin, dass die viel beschriebene räumliche und zeitliche Variabilität in der taxonomischen Zusammensetzung von mikrobiellen Gemeinschaften zu einem großen Teil durch selektive Prozesse erklärbar ist, und dass die sogenannte Core-Gemeinschaft ein geeignetes Maß ist, um Ähnlichkeit in der Zusammensetzung trotz schwankender relativer Häufigkeiten auszudrücken. Es ist allerdings zu vermuten, dass mikrobielle Verbreitung in anderen, nicht isolierten Systemen für zusätzliche Variabilität sorgen kann.
Publications
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(2019). Oil reservoirs, an exceptional habitat for microorganisms. New Biotechnology 49: 1-9
Pannekens M, Kroll L, Müller H, Mbow FT, Meckenstock RU
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(2020). Densely populated water droplet in heavy-oil seeps. Applied and Environmental Microbiology 86: e00164-20
Pannekens M, Voskuhl L, Meier A, Haque S, Frösler J, Brauer VS, Meckenstock RU
