NOVAC – Neuartige Viren infizieren Archaeen im terrestrischen Untergrund

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Probst
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429483359

Eine große Anzahl und Diversität von Archaeen und Bakterien existieren im terrestrischen Untergrund der Erde, jedoch ist bisher wenig bekannt über die Viren, die diese Organismen infizieren. Im Vordergrund stehen dabei Mikroorganismen, die als Primärproduzenten auftreten und dabei die Nahrungskette in solchen Ökosystemen starten. Eine Infektion dieser Organismen durch Viren könnte z.B. durch Zelllyse den Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem verändern. Der vorliegende Antrag basiert auf der Hypothese, dass Altiarchaeota – unkultivierte Primärproduzenten, die in manchen Ökosystemen im Untergrund in sehr hoher Zahl auftreten – häufige Wirte von Viren sind. In vorläufigen Ergebnissen konnten wir mittels Genom-basierter Bioinformatik zeigen, dass in der Theorie viele mobile genetische Elemente (inkl. Viren) Altiarchaeota infizieren. Einen genomisch vorhergesagten Virus haben wir mittels direct-geneFISH im Ökosystem visualisiert und zeigen damit seine aktive Infektion von Altiarchaeota in der Umwelt. Basierend auf diesen Vorarbeiten, zielt nun dieser Antrag darauf ab, im ersten Schritt öffentliche Datensätze von Sequenzen aus unterirdischen Biotopen nach weiteren mobilen genetischen Elementen, die Altiarchaeota infizieren, zu durchsuchen. Dabei soll die globale Verteilung von diesen mobilen genetischen Elementen und auch die darin abgedeckten Viren dargestellt werden. Ein so vorhergesagter Virus soll dann in unserem Modellsystem in Deutschland hinsichtlich seiner Mikrodiversität analysiert werden. Im zweiten Ziel des Antrages, wird dann die Infektionsrate dieses Virus mittels einer Kombination von direct-geneFISH, hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie und Raman-Mikroskopie bestimmt werden. Im dritten Teil werden drei verschiedene Mikroskopie-Methoden herangezogen um die Struktur dieses Virus zu analysieren. Diese drei Ansätze enthalten Rasterkraftmikroskopie basierend auf direct-geneFISH, Raman-gestützte Transmissionselektronenmikroskopie und schließlich eine konservative Methode, die auf Gold-beladenen Antikörpern gegen Virenproteine gekoppelt mit Elektronenmikroskopie basiert. Dabei werden Antikörper gegen rekombinant-hergestellte Virusproteine (in Escherichia coli) Verwendung finden. Diese drei Ansätze sollen schlussendlich einen umfassenden Datensatz erzeugen, durch dessen Analyse die verschiedenen Infektionsstadien eines unkultivierten Virus-Wirt-Systems im eigentlichen Ökosystem dargestellt werden können. Die zukünftigen Ergebnisse dieses Antrages sollen dazu beitragen die Diversität und Funktion von unkultivierten, archaeellen Viren sowie ihre Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf der tiefen Biosphäre besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen