NOVAC – Neuartige Viren infizieren Archaeen im terrestrischen Untergrund
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Project NOVAC untersuchten wir die Infektionen von unkultivierten Archaeen (Candidatus Altiarchaeum spp.) mit noch unbekannten Viren, um Einblicke in die Virus-Wirt Interaktionen in der tiefen Biosphäre zu bekommen und neuartige Viren zu identifizieren. Der Wirt existierte dabei im Referenzökosystem in einem Biofilm, der mit Grundwasser angespült wird und somit aus dem Ökosystem entnommen und analysiert werden kann. Wir benutzten Kombinationen aus Metagenomik, Metatranskriptomik, sowie korrelativer Mikroskopie. Wir identifizierten verschiedene Viren, die basierend auf genomischen Informationen Infektionsgeschichten mit den Wirten zeigten. Zur Visualisierung eines ausgewählten Virus im Ökosystem adaptierten wir virusFISH, ein direct-GeneFISH-Protokoll. Die Fluoreszenzmikroskopieaufnahmen wurden gründlich hinsichtlich verschiedener Infektionsstadien studiert, was nicht nur zur Postulierung eines Infektionszyklus der natürlichen Biofilme im Grundwasser führte, sondern auch ein lang-stehendes Paradigma der tiefen Biosphäre in Frage stellte: Die Visualisierungen zeigten einen lytischen Lebenszyklus des dominanten Virus, während bislang die Vorhersage existierte, dass temperente Viren die Oberhand in Ökosystemen des Untergrundes haben. Studien von mehreren Biofilmen zeigte, dass sich stäbchenförmige Bakterien in Regionen mit hohen Zelllyseraten anreicherten, was auf Heterotrophie und eine durch Viren-gesteuerte Nahrungskette hinweist. Nach gründlicher Literaturstudie erarbeiteten wir mehrere Herangehensweisen, um die Viren nicht nur mittels Fluoreszenzmikroskopie/virusFISH sondern auch mittels Elektronenmikroskopie zu visualisieren. Der Durchbruch gelang mit korrelativer Fluoreszenz-Rasterelektronenmikroskopie, welche nicht nur morphologische Veränderungen des Wirtes während der Infektion zeigte, sondern auch die Virenpartikel auf der Zelloberfläche visualisierte. Somit konnte dieses Projekt nicht nur neue Einblicke in das Verständnis der tiefen Biosphäre liefern, sondern auch ein Protokoll, um genomische Information von unkultivierten Viren mit ihren entsprechenden Viruspartikeln im Elektronenmikroskop.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Genome-informed microscopy: CLEM for studying viral infection of uncultivated archaea. Microscopy conference 2019, Berlin, Deutschland
Monsees I.; Turzynski V.; Rahlff J.; Klingl A. & Probst A.
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Genome-informed microscopy reveals viral infections of uncultivated archaea in a terrestrial subsurface aquifer. VAAM - Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie, Leipzig, Deutschland
Turzynski, V.; Rahlff, J.; Moraru, C. & Probst, A. J.
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Label-free Raman microspectroscopy for studying infections with bacteriophage. Scix20.
Monsees I. & Probst A.
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Label-free Raman microspectroscopy to study bacteriophage infections. European microscopy conference (virtual presentation)
Monsees, I. & Probst, A.
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Metagenomic prediction of altiarchaeotal virus-host dynamics in a high-CO2 subsurface environment. VAAM - Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie, Leipzig, Deutschland
Esser, S. P.; Bornemann. T. L. V.; Rahlff, J. & Probst, A. J.
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Studying bacteriophage infections using Raman microspectroscopy. VAAM - Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie, Leipzig, Deutschland
Monsees I.; Turzynski V. & Probst A.
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Exploring sample preparation for structure conversation of archaeal cell appendices in a correlative Fluorescence/ Scanning electron Microscopy study. Microscopy conference 2021
Monsees, I.; Turzynski, V.; Hasenberg, M.; Klingl, A. & Probst, A.
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Imaging Techniques for Detecting Prokaryotic Viruses in Environmental Samples. Viruses, 13(11), 2126.
Turzynski, Victoria; Monsees, Indra; Moraru, Cristina & Probst, Alexander J.
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Interactions of archaea and their episymbionts based on CRISPR-Cas interference. VAAM - Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie
Esser, S.P.; Rahlff, J.; Zhao, W. Predl.; M.; Adam, P.S.; Schwank, K.; Krupovic, M.; Bornemann, T.L.V.; Figueroa-Gonzalez, P.A.; Lee, J. Jarett, J.; Rattei, T.; Amano, Y.; Woyke, T.; Zhang, Y. & Probst, A.J.
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Lytic archaeal viruses infect abundant primary producers in Earth’s crust. Nature Communications, 12(1).
Rahlff, Janina; Turzynski, Victoria; Esser, Sarah P.; Monsees, Indra; Bornemann, Till L. V.; Figueroa-Gonzalez, Perla Abigail; Schulz, Frederik; Woyke, Tanja; Klingl, Andreas; Moraru, Cristina & Probst, Alexander J.
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Lytic archaeal viruses of the continental deep biosphere challenge a longstanding paradigm. DOE Joint Genome Institute – Genomics of Energy & Environment Meeting
Turzynski, V.; Rahlff, J.; Esser, S.; Monsees, I.; Bornemann, T.L.V.; Griesdorn, L.; Figueroa-Gonzalez, P. A.; Schulz, F.; Woyke, T.; Klingl, A.; Moraru, C. & Probst, A. J.
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Persistent viral infections of Altiarchaeota in the deep biosphere. 21th German Archaea Meeting, Frankfurt, Deutschland
Turzynski, V.; Rahlff, J.; Esser, S.; Monsees, I.; Bornemann, T.L.V.; Griesdorn, L.; Figueroa-Gonzalez, P. A.; Schulz, F.; Woyke, T.; Klingl, A.; Moraru, C. & Probst, A. J.
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Virocell identification via Raman microspectroscopy. Scix21
Monsees, I.; Turzynski, V.; Esser, S.P.; Soares, A.; Timmermann, L.; Kloster, M.; Beszteri, B. & Probst
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An archaeon with and without its episymbiont: Differences in the expression profile. ISME18 - International Symposium on Microbial Ecology, Lausanne, Switzerland
Esser, S. P.; Moore, C. J.; Plewka, J.; Banas, I.; Lee, J.; Woyke, T. & Probst, A. J.
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Correlative microscopy reveals impact of viral infections on archaeal biofilm composition in groundwater. ISME18 - International Symposium on Microbial Ecology, Lausanne, Switzerland
anas, I.; Turzynski, V.; Hasenberg, M.; Klingl, A. & Probst, A.
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Exploring viral infections of uncultivated archaeal cells using correlative microscopy. VAAM - Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (virtual presentation)
Monsees, I.; Turzynski, V.; Hasenberg, M.; Klingl, A. & Probst, A.
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Identification/Ultrastructure of novel archaeal viruses with help of multi-omics. EMBO course: Integrated multiomics analysis of microbial communities, Luxembourg, Luxembourg
Esser, S. P.; Monsees, I.; Turzynski, V. & Probst, A. J.
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Label-Free Raman Microspectroscopy for Identifying Prokaryotic Virocells. mSystems, 7(1).
Monsees, Indra; Turzynski, Victoria; Esser, Sarah P.; Soares, André; Timmermann, Lara I.; Weidenbach, Katrin; Banas, Jarno; Kloster, Michael; Beszteri, Bánk; Schmitz, Ruth A. & Probst, Alexander J.
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Microdiversity of archaeal viruses from a terrestrial subsurface aquifer. Viruses of Microbes 2022, Guimarães, Portugal
Esser, S. P.; Beesley, T.; Moore, C. J.; Banas, I.; Turzynski, V. & Probst, A. .J.
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Persistent viral infections of uncultivated subsurface archaea are associated with drastic morphological changes of the host, Annual Conference of the Association for General and Applied Microbiology VAAM
Turzynski, V.; Monsees, I.; Griesdorn, L.; Moraru, C. & Probst, A. J.
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A predicted CRISPR-mediated symbiosis between uncultivated archaea. Nature Microbiology, 8(9), 1619-1633.
Esser, Sarah P.; Rahlff, Janina; Zhao, Weishu; Predl, Michael; Plewka, Julia; Sures, Katharina; Wimmer, Franziska; Lee, Janey; Adam, Panagiotis S.; McGonigle, Julia; Turzynski, Victoria; Banas, Indra; Schwank, Katrin; Krupovic, Mart; Bornemann, Till L. V.; Figueroa-Gonzalez, Perla Abigail; Jarett, Jessica; Rattei, Thomas; Amano, Yuki ... & Probst, Alexander J.
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Identification and characterization of uncultivated archaeal virocells using correlative fluorescence and scanning electron microscopy. Microscopy conference 2023, Darmstadt, Deutschland
Banas, I.; Turzynski, V.; Hasenberg, M.; Klingl, A. & Probst, A.
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Spatio-functional organization in virocells of small uncultivated archaea from the deep biosphere. The ISME Journal, 17(10), 1789-1792.
Banas, Indra; Esser, Sarah P.; Turzynski, Victoria; Soares, André; Novikova, Polina; May, Patrick; Moraru, Cristina; Hasenberg, Mike; Rahlff, Janina; Wilmes, Paul; Klingl, Andreas & Probst, Alexander J.
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Virus-Host Dynamics in Archaeal Groundwater Biofilms and the Associated Bacterial Community Composition. Viruses, 15(4), 910.
Turzynski, Victoria; Griesdorn, Lea; Moraru, Cristina; Soares, André R.; Simon, Sophie A.; Stach, Tom L.; Rahlff, Janina; Esser, Sarah P. & Probst, Alexander J.
