Entfesselung des Potentials der Anaeroben Pilze (Neocallimastigomycota)
Bioinformatik und Theoretische Biologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Anaerobe Pilze (Neocallimastigomycota) sind Teil des Darmmikrobioms einer Vielzahl von Pflanzenfressern und dort für einen Großteil des mechanischen und enzymatischen Faseraufschlusses verantwortlich. Sie bergen ein großes Potenzial für eine effizientere Nutzung lignocellulosehaltiger Reststoffe (weltweites Aufkommen ca. 200 Mio. Tonnen/Jahr). Obwohl das Interesse an der biotechnologischen Nutzung dieser bisher wenig erforschten Gruppe in den letzten Jahren stark zugenommen hat, gibt es noch viele offene Fragen zu ihrer Lebensweise und kaum standardisierte Methoden zu ihrer Erforschung. Ein Konsortium europäischer anaerober Pilz-Experten machte es sich daher zur Aufgabe, im Projekt “HiPoAF – Entfesslung des verborgenen Potentials anaerober Pilze (Neocallimastigomycota)” grundlegende Probleme dieser Pilzforschung zu lösen. Es wurden standardisierte Protokolle zur Medienherstellung und Kryokonservierung entwickelt, sowie eine redundante Kulturensammlung anaerober Pilze an allen beteiligten Instituten aufgebaut. Die Diversität und Verbreitung anaerober Pilze wurde durch übergreifende Datenauswertung, Real-Time quantitative PCR, Next-Generation-Sequencing und Metagenomik weiter untersucht. Die gezielte Isolierung von anaeroben Pilzen aus Nagetieren führte zur Entdeckung einer neuen Gattung aus dem Mara (Dolichotis patagonum) und einer neuen Piromyces-Art aus dem Capybara (Hydrochoerus hydrochaeris). Im molekularbiologischen Nachweis anaerober Pilze wurden wesentliche Fortschritte erzielt. Hier wurden spezifisch für anaerobe Pilze ein Primersystem für Quantifizierung und Metabarcoding aus Umweltproben, eine neuartige Methode zur Charakterisierung mittels Nanoporesequenzierung des gesamten ribosomalen Operons samt bioinformatischer Routine und ein Nachweissystem zur Überwachung der Aktivität mittels Quantifizierung von Transkripten einer Cellulase der Gylcosylhydrolase Familie 6 entwickelt. Es wurde ein Reaktorsystem zur semikontinuierlichen Kultivierung anaerober Pilze entwickelt, und die genannten molekularbiologischen Methoden wurden darin in Form eines Monitorings erprobt. Neben den zahlreichen wissenschaftlichen Ergebnissen und Publikationen ist es dem Hi- PoAF-Team gelungen, durch proaktive Öffentlichkeitsarbeit und engagierte Mitarbeit im “Anaerobic Fungi Network” internationale Anerkennung für seine Expertise zu erlangen. Letzteres hat zu mehreren nationalen und internationalen Kooperationen geführt und z.B. die weltweit größte Sammlung anaerober Pilz-DNA hervorgebracht, die an der LfL aufbewahrt wird. Nach erfolgreicher Zusammenarbeit im Projekt HiPoAF, das einige grundlegende Wissenslücken in der anaeroben Pilzforschung schloss, konnte das Konsortium einen Schritt weiter gehen und ein inhaltlich komplementäres Forschungsprojekt (FUNGAS) einwerben, das den Einsatz von anaeroben Pilzenzymen zur Vorbehandlung von lignocellulosehaltigen Reststoffen für die Biogasproduktion zum Ziel hat.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Employing anaerobic fungi in biogas production: challenges & opportunities. Bioresource Technology, 300, 122687.
Vinzelj, Julia; Joshi, Akshay; Insam, Heribert & Podmirseg, Sabine Marie
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All for one and one for all –improved screening for anaerobic gut fungi in environmental samples. Talk at the Anaerobic Fungi Network webinar series, 05.11.2021, online
Young, D. & Lebuhn, M.
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Primers for environmental screening of anaerobic gut fungi (AGF). Talk for the Anaerobic Fungi Network ITS1 → LSU Initiative, 06.04.2021, online
Young, D. & Lebuhn, M.
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Characterization and rank assignment criteria for the anaerobic fungi (Neocallimastigomycota). International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 72(7).
Elshahed, Mostafa S.; Hanafy, Radwa A.; Cheng, Yanfen; Dagar, Sumit S.; Edwards, Joan E.; Flad, Veronika; Fliegerová, Kateřina Olša; Griffith, Gareth W.; Kittelmann, Sandra; Lebuhn, Michael; O.'Malley, Michelle A.; Podmirseg, Sabine Marie; Solomon, Kevin V.; Vinzelj, Julia; Young, Diana & Youssef, Noha H.
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Effect of Growth Media on the Diversity of Neocallimastigomycetes from Non-Rumen Habitats. Microorganisms, 10(10), 1972.
Joshi, Akshay; Young, Diana; Huang, Liren; Mosberger, Lona; Munk, Bernhard; Vinzelj, Julia; Flad, Veronika; Sczyrba, Alexander; Griffith, Gareth W.; Podmirseg, Sabine Marie; Warthmann, Rolf; Lebuhn, Michael & Insam, Heribert
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March 10th 2021, May 10th 2022 and June 7th 2022. Presentation of the HiPoAF project and tasks to the Microbial Systems Group, Microbiological Laboratory, TUM-Garching. online.
Young, D.
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Medium without CRF for Neocallimastigomycota v1.
Vinzelj, Julia; Young, Diana; Joshi, Akshay; Strobl, Sophia; Begovic, Ljubica; Peer, Nico; Nagler, Magdalena; Warthmann, Rolf; Flad, Veronika; Baier, Urs; Lebuhn, Michael & M.Podmirseg, Sabine
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No time to die: Comparative study on preservation protocols for anaerobic fungi. Frontiers in Microbiology, 13.
Vinzelj, Julia; Joshi, Akshay; Young, Diana; Begovic, Ljubica; Peer, Nico; Mosberger, Lona; Luedi, Katharina Cécile Schmid; Insam, Heribert; Flad, Veronika; Nagler, Magdalena & Podmirseg, Sabine Marie
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Screening environmental samples for anaerobic gut fungi – Development of a specific primer pair for their conjoined detection, quantification, and classification. Abstract & talk at the International Anaerobic Fungi Congress - IAFC 2022, 14.09.2022, online
Young, D., Lebuhn, M. & Flad, V.
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Screening environmental samples for anaerobic gut fungi –Development of a specific primer pair for their conjoined detection, quantification, and classification. Abstract & talk at the International Anaerobic Fungi Congress - IAFC 2022, 14.09.2022, online
Young, D., Joshi, A., Huang, L., Munk, B., Wurzbacher, C., Youssef, N., Elshahed, M., Moon, C., Ochsenreither, K., Griffith, G., Callaghan, T., Alex Sczyrba, A., Lebuhn, M. & Flad V.
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Simultaneous Metabarcoding and Quantification of Neocallimastigomycetes from Environmental Samples: Insights into Community Composition and Novel Lineages. Microorganisms, 10(9), 1749.
Young, Diana; Joshi, Akshay; Huang, Liren; Munk, Bernhard; Wurzbacher, Christian; Youssef, Noha H.; Elshahed, Mostafa S.; Moon, Christina D.; Ochsenreither, Katrin; Griffith, Gareth W.; Callaghan, Tony M.; Sczyrba, Alexander; Lebuhn, Michael & Flad, Veronika
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Third-generation sequencing to the rescue: Analysing the whole ribosomal operon to classify Neocallimastigales. Abstract & talk at the International Anaerobic Fungi Congress - IAFC 2022, 14.09.2022, online
Stüer-Patowsky, K., Young, D., Lebuhn, M. & Flad, V.
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Editorial for Special Issue “Unleashing the Hidden Potential of Anaerobic Fungi”. Microorganisms, 11(3), 652.
Lebuhn, Michael; Podmirseg, Sabine Marie & Baier, Urs
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Novel anaerobic fungi isolated from rodents of the family Caviidae. Abstract & poster presentation at the ISAM 2023 - 12th International Symposium on Anaerobic Microbiology, 23.05.-26.05.2023, Innsbruck, Austria
Lukas, N., Veitengruber, J., Gohl, C., Lücht, M., Steinmetz, H., Lebuhn, M. & Flad, V.
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Patterns and determinants of the global herbivorous mycobiome. Nature Communications, 14(1).
Meili, Casey H.; Jones, Adrienne L.; Arreola, Alex X.; Habel, Jeffrey; Pratt, Carrie J.; Hanafy, Radwa A.; Wang, Yan; Yassin, Aymen S.; TagElDein, Moustafa A.; Moon, Christina D.; Janssen, Peter H.; Shrestha, Mitesh; Rajbhandari, Prajwal; Nagler, Magdalena; Vinzelj, Julia M.; Podmirseg, Sabine M.; Stajich, Jason E.; Goetsch, Arthur L.; Hayes, Jerry ... & Elshahed, Mostafa S.
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Quantification of GH6 cellobiohydrolase transcripts as a proxy for anaerobic fungal activity? Abstract & poster presentation at the ISAM 2023 - 12th International Symposium on Anaerobic Microbiology, 23.05.-26.05.2023, Innsbruck, Austria
Falterbaum, C., Veitengruber, J., Lukas, N., Young, D., Lebuhn, M., Wurzbacher, C. & Flad, V.
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Defined medium for Neocallimastigomycota v1.
Strobl, Sophia; Vinzelj, Julia; Peer, Nico; Young, Diana; Joshi, Akshay; Warthmann, Rolf; Flad, Veronika; Baier, Urs; Lebuhn, Michael; Nägele, Hans-Joachim & M., Podmirseg Sabine
