Untersuchung von Biomarkern in Wassereis-Einschlüssen des subglazialen Vostok-Sees mittels Kryo-Raman-Mikroskopie und Next Generation Sequencing

• Antragsteller: Professor Dr. Heinz-Wilhelm Hübers
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429811207

Das Ziel des Projektes ist, vergangene oder noch existierende Mikroorganismen im Vorstoksee zu entdecken. Kryo-Raman-Mikroskopie und Sequenzierung der nächsten Generation (NGS) werden für die Identifizierung von organischen und zugehörigen Substanzen in den Wassereiskernen des subglazialen antarktischen Vostoksees verwendet, und ihr wissenschaftliches Potential wird für die präzise Erkennung und Identifizierung von spezifischen biogenen Markern bewertet. Diese zwei komplementären analytischen Techniken werden auf die Eisproben, zuerst ohne sie zu schmelzen, und danach auf die Produkte aus der geschmolzenen Probe angewendet. Die Mikro-Raman-Spektroskopie ermöglicht die berührungslose Lokalisierung und Identifizierung des organischen und zugehörigen Materials, wobei die Kontamination und Verdampfung des in der Eismatrix eingeschlossenen festen wie gasförmigen Materials verhindert wird. Die Ramanspektroskopie wird sowohl auf natürliche als auch auf künstliche Eisproben und später auf feste Einschlüsse im Vostoksee-Eis angewendet. Organischer Kohlenstoff, Lipide und Proteine als DNA Referenz werden als mögliche spezifische Biomarker für die Raman-Spektroskopie an diesen unberührten Proben mit sehr seltenen und einigen volatilen Gaseinschlüssen ausgewählt. Die Nachweisgrenzen werden mit künstlichen Biomarker-Eisproben bestimmt. Bei positiven Ergebnissen der Raman-Messungen kann das Eis im Labor unter Reinraumbedingungen geschmolzen und die festen Einschlüsse (zusammen mit dem lokalen Geschmolzenen) noch einmal mit Raman-Spektroskopie und anderen komplementären biogeochemischen Methoden untersucht werden. Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), gefolgt von der Sequenzierung der nächsten Generation (NGS) der extrahierten mikrobiellen genomischen DNA werden danach zusammen mit weiteren komplementären Analysen auf die Proben angewendet. Mittels PCR und NGS werden die Raman-Ergebnisse gegengeprüft und ermöglichen so die Entdeckung von vergangenen und noch existierenden Mikroorganismen im Vorstoksee. Die Ergebnisse dieser Forschung werden zur Erarbeitung von Empfehlungen für Weltraummissionen mit In-situ-Payload, die Raman-Spektrometer zur Suche nach Leben in unserem Sonnensystem auf Körpern mit Eisoberflächen und möglichen tiefen Ozeanen und mit dem Vostoksee vergleichbaren extremen Umgebungsbedingungen vorsieht, verwendet. Diese Untersuchungen haben auch Einfluss auf die Astrobiologie, deren Hauptziel die Suche und das Auffinden von extraterrestrischem Leben ist. Dies basiert auf der Aufdeckung und Charakterisierung von (mikrobiellen) Biomarkern. Wichtige Objekte für die Suche nach Signaturen des Lebens sind Eismonde und Planeten mit Polareiskappen. Dadurch ist der subglaziale antarktische Vostoksee ein einzigartiges terrestrisches Analog. Das Projekt stärkt die europäische internationale Kooperation zwischen Forschergruppen, die aktiv an der Forschung in Polarregionen und der Planetenforschung/Astrobiologie teilnehmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Dr. Sergey Bulat, bis 3/2022