Kohlenhydrat-aktive Enzyme von Zellwand-perforierenden, einzelligen Algenräubern - Aktivität, Regulation und Evolution

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Hess
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417585753

In aquatischen und terrestrischen Ökosystemen existiert eine Vielfalt an parasitoiden Mikroben, welche Algen und Pilze konsumieren, und damit einen wesentlichen Bestandteil des Nahrungsnetzes bilden. Diese parasitoiden Organismen sind jedoch noch weitestgehend unerforscht, was besonders auf die sogenannten Protoplastenfresser zutrifft. Diese Mikroeukaryoten perforieren die Zellwände von Algen und Pilzen und phagozytieren anschließend deren Zellinhalt. Über die letzten Jahre haben wir einiges über die phylogenetische Diversität, die zelluläre Struktur und über die Ökologie von Protoplastenfressern herausgefunden. Wie diese Organismen die Zellwand der Beutezellen perforieren ist allerdings bis heute ungeklärt. Neuste Transkriptomdaten von dem algenfressenden Amöboflagellaten Orciraptor agilis deuten darauf hin, dass Kohlenhydrat-aktive Enzyme an der Bindung zur Beutezelle und der Zellwandauflösung beteiligt sind. Die vorhandenen Sequenzdaten sind eine ideale Basis, um nun die nächsten experimentellen Schritte zu gehen und ein detaillierteres Konzept von Beutewahrnehmung und Zellwandperforation bei Protoplastenfressern zu erarbeiten. Mit heterologen Expressionssystemen werden wir rekombinante Orciraptor Enzyme herstellen und deren Aktivität mit aufgereinigten und natürlichen Substraten bestimmen. Zur Lokalisation der Proteine in Orciraptor, werden Antikörper erzeugt und für die Immunofluoreszenz eingesetzt. Des weiteren werden wir die Evolution von Protoplastenfressern beleuchten, indem wir die nahen, überwiegend bakterivoren Verwanten von Orciraptor mittels RNAseq erkunden und nach Cellulasen und Kohlenhydrat-bindenden Protein suchen. Unsere Forschungen werden wir danach auch auf die sogenannten Vampiramöben ausdehnen. In den Transkriptomdaten dieser vielfältig spezialisierten Amöben werden wir gezielt nach Zusammenhängen von Fressökologie und Enzymexpression suchen. Parallel wird anhand von vergleichenden Expressionsexperimenten getestet, inwieweit weniger spezialisierte Vampiramöben ihre Enzymexpression der Biochemie der Beutezellwand anpassen. Die Transkriptomdaten von phylogenetisch diversen Protoplastenfressern werden letztlich auch zu unserem Verständnis beitragen, wie solch eine hochspezialisierte Fressstrategie mehrfach unabhängig voneinander im Stammbaum des Lebens entstanden ist.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen