Prädation durch "Bdellovibrio-and-like" Organismen (BALOs) beeinflusst die Mikrobiomdiversität

• Antragstellerin: Dr. Julia Johnke
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450059970

Der Verlust der biologischen Vielfalt stellt eine globale Bedrohung dar, da sie sich auf die Funktion von Ökosystemen und folglich auch auf deren Leistungen auswirkt. Ökosysteme haben durch die Produktion von Gütern, der Regulierung von Ökosystemprozessen und der Bereitstellung von nichtmateriellen Leistungen direkten Einfluss auf die menschliche Gesundheit. Die Verbindung zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktionen gilt nicht nur für konventionelle Ökosysteme, sondern auch für Wirte und deren Mikroorganismen. Tatsächlich hat sich gezeigt, dass eine Mikrobiomdysbiose mit entzündlichen Darmerkrankungen assoziiert ist. Zur Wiederherstellung dysbiotischer Mikrobiome werden Probiotika und Stuhltransplantationen eingesetzt, die jedoch nur kurzfristige und starke individuelle Auswirkungen zeigen. Es besteht daher Bedarf an Alternativen. Potentielle Verbündete gegen Biodiversitätsverluste sind laut ökologischer Theorie Organismen höherer trophischer Ebenen (d.h. Räuber). Sie beeinflussen Gemeinschaftsstrukturen, indem sie die Anzahl der dominanten Gemeinschaftsmitglieder reduzieren und so Nischen für seltenere Taxa freimachen. Eine unzureichend untersuchte Gruppe von Räubern, die "Bdellovibrio-and-like" Organismen (BALOs), ist in dieser Hinsicht besonders interessant. BALOs sind obligate Räuber gramnegativer Bakterien, die in fast allen Umgebungen vorkommen. In einer Pilotstudie konnte ich zeigen, dass (i) BALO Anwesenheit mit einer höheren Mikrobiom-Diversität in verschiedenen Wirts-Taxa verbunden ist. Außerdem (ii) fördert die Anwesenheit von BALOs die mikrobielle Diversität in gemischten Flüssigkulturen mit 12 bzw. 50 Mitgliedern. Dieses Projekt zielt nun darauf ab, die Auswirkungen der BALO-Präsenz auf Wirtsgemeinschaften zu identifizieren, wobei der gut untersuchte Modellorganismus Caenorhabditis elegans als Wirt verwendet wird. Konkret versuche ich (i) die Wirkung der BALO-Aktivität auf die Mikrobiomstruktur (d.h. die Gemeinischaftszusammensetzung und -diversität und die Mikroben-Mikroben-Interaktionen) und die Stabilität (d.h. die Gemeinschaftsstrukturveränderungen nach einer Störung) und (ii) die entstehenden Fitnesskonsequenzen des Wirts (d.h. das Wirtspopulationswachstum, die Brutgröße und die Pathogenresistenz) zu verstehen, indem ich kontrollierte Laborexperimente durchführe. Um die funktionellen Konsequenzen einer veränderten Gemeinschaftsstruktur zu verstehen, werden metabolische Modellierungen angewendet. Dabei wird eine Kombination aus Gesamtgenom- und Amplikonsequenzdaten verwendet, um das funktionelle Potenzial der Gemeinschaftsmitglieder zu einem bestimmten Zeitpunkt zu identifizieren. Diese Informationen ermöglichen die Schlussfolgerung direkter Folgen der An- oder Abwesenheit einer spezifischen Mikrobe auf die Gemeinschaftsstruktur und -produktivität und letztlich auf die Gesundheit des Wirts. Zusammen werden diese Ziele dazu beitragen, das probiotische Potenzial von BALOs und die dahinter stehenden Mechanismen zu entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen