Überprüfung der Black-Queen Hypothese in Gemeinschaften bodenlebender Bakterien

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Kost
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438901283

Bei der Sequenzierung bakterieller Genome aus Umweltproben hat sich gezeigt, dass Bakterienstämmen oft essentielle biosynthetische Gene fehlen. Wie jedoch überleben Bakterien, die Schlüsselmetabolite wie Aminosäuren, Vitamine oder Nukleotide nicht selbst herstellen können? Diese Frage stellt sich insbesondere dann, wenn diese Stämme in Umgebungen vorkommen, in denen diese Verbindungen bekanntermaßen nur in äußerst geringen Konzentrationen vorliegen? Die kürzlich formulierte Black Queen Hypothese erklärt die Entstehung und Erhaltung dieser Mutanten dadurch, dass auxotrophe Bakterien adaptive Vorteile erhalten, wenn sie Metabolite nutzen, die von anderen Bakterienzellen produziert worden sind. Langfristig sollte dieser Prozess zur Entstehung vielfach auxotropher Bakterienstämme führen, sowie die Bildung interzellulärer metabolischer Netzwerke begünstigen. In beiden Fällen hängt das Überleben der einzelnen Bakterienzelle von den Metaboliten ab, die von anderen Mitgliedern der jeweiligen Bakteriengemeinschaft produziert werden. Diese Hypothese soll mit einer zuvor zusammengestellten Sammlung von 7.000 Bakterienstämmen überprüft werden, die aus insgesamt 27 unterschiedlichen mikrobiellen Bodengemeinschaften isoliert worden sind. Ein Großteil diese Stämme wurde bereits im Vorfeld genotypisch (16SrRNA) und phänotypisch (Zahl von Auxotrophien, Motilität) charakterisiert. Diese Sammlung stellt eine wertvolle Ressource dar, die dazu genutzt werden soll, die Black Queen Hypothese experimentell zu überprüfen. Hierbei werden insbesondere die ökologischen und physiologischen Faktoren identifiziert, die zum Entstehen und Funktionieren metabolischer Stoffaustauschinteraktionen in Gemeinschaften bodenlebender Bakterienstämme beitragen. Darüber hinaus werden die evolutionären Konsequenzen dieses Prozesses aufgeklärt. Durch Kombination sorgfältig kontrollierter Kokulturexperimente in Mikrokosmen mit mikroskopischen und chemischen Analysen, können die Vorhersagen der Black Queen Hypothese empirisch überprüft werden. Dieses Projekt wird fundamentale neue Einblicke in die Kräfte gewähren, die die Struktur und Funktion natürlicher mikrobieller Gemeinschaften bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Kooperationspartner: Professor Ákos T. Kovács, Ph.D.