Antikörper-vermittelte Isolation und Untersuchung von CPR-Bakterien

• Antragstellerin: Dr. Marie Schölmerich
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447383558

Die erst kürzlich entdeckten Bakterien der Candidate Phyla Radiation (CPR) machen Hochrechnungen zufolge etwa 26 Prozent der gesamten katalogisierten Artenvielfalt auf der Erde aus. Fast allen wichtigen Linien innerhalb der CPR fehlen jedoch bisher isolierte Vertreter. Im Rahmen dieses Projekts soll eine Methode entwickelt werden, um CPR-Bakterien zusammen mit ihrem bakteriellen Wirt gezielt zu isolieren und im Labor zu kultivieren. Somit können anschließend erste Einblicke in ihre Physiologie und Biochemie gewonnen werden.CPR-Bakterien sind im Allgemeinen durch eine kleine Zell- und Genomgröße gekennzeichnet und sie leben vermutlich in der Abwesenheit von Sauerstoff. Oft fehlt es ihnen an essentiellen Biosynthese-Clustern, was nahelegt, dass sie eine Symbiose mit anderen Bakterien, Archaeen und sogar Eukaryoten eingehen. Kenntnisse zu CPR-Bakterien stützen sich jedoch bisher fast ausschließlich auf Genom-basierten Analysen. Im Rahmen dieses Projekts werden nun Umweltproben aus einem Ort entnommen, der sich durch ein hohes Aufkommen von CPR-Bakterien kennzeichnet. Diese Proben werden anschließend mit fluoreszenzmarkierten Antikörpern behandelt, die MAG- und SAG-abgeleitete extrazelluläre Domänen von Membranproteinen in CPR-Bakterien binden. Die markierten Zellen werden daraufhin mittels Durchflusszytometrie sortiert, auf CPR-Positive getestet und unter verschiedenen anaeroben Bedingungen kultiviert. Die so erhaltenen Kulturen werden anschließend mittels Fluoreszenz- und Kryo-Transmissionselektronenmikroskopie analysiert, um die Morphologie und Assoziation der CPR-Bakterien mit ihrem Wirt aufzudecken. In einem kollaborativen Teil des Projekts wird zudem der Überstand von wachsenden CPR-Bakterienkulturen ersten metabolomischen Analysen unterzogen. Die Genome der Isolate werden anschließend entschlüsselt, um Stoffwechselmodelle und neue Antikörper für die optimierte Erfassung von CPR-Bakterien zu erstellen. Das Projekt lässt sich in folgende drei Abschnitte gliedern:Teil A: Probennahme und -aufbereitung, Zellmarkierung und -sortierung von CPR-Bakterien Teil B: Kultivierung und Untersuchungen zur Physiologie und Biochemie der CPR-Isolate Teil C: Einzelzell-Genomsequenzierung, Erstellung von Stoffwechselmodellen und Ableitung neuer Antikörper zur gezielten Isolation weiterer CPR-BakterienDer Arbeitsablauf wird schließlich wiederholt, um weitere neue CPR-Vertreter zu isolieren und deren Physiologie und Biochemie aufzudecken. Somit wird das Projekt ein modernes Werkzeug hervorbringen, mit dem CPR-Bakterien für die Kultivierung im Labor zugänglich gemacht werden. Diese werden dann genutzt, um erstmalig Einblicke in die Physiologie und Biochemie von Vertretern dieses rätselhaften Asts im Stammbaum des Lebens zu gewähren.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Jill Banfield, Ph.D.