SymbioScope: Untersuchung der ökologischen Vielfalt und Dynamik von symbiotischen Interaktionen von Phytoplankton durch automatisierte Hochdurchsatz-3D-Mikroskopie

• Antragstellerin: Dr. Marie Walde
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing ; Messsysteme ; Virologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464344344

Photosynthetisches Plankton (Phytoplankton) bildet die Basis globaler ökologischer und wirtschaftlicher Prozesse. Hochdurchsatz-Sequenzierung von DNA und RNA bietet zwar inzwischen die Möglichkeit, die taxonomische und metabolische Vielfalt des Planktons in der Umwelt umfassend abzubilden, vermittelt aber keinerlei Informationen über die Formen, Strukturen und das Verhalten von Zellen und Organismen. Gleichzeitig gibt es zunehmend Hinweise darauf, dass biotische Interaktionen, einschließlich Symbiosen (im weiteren Sinne) zwischen verschiedenen Planktontaxa, wichtige Triebkräfte für die Ökologie und Evolution von Arten und Ökosystemen sind. Die genauere Untersuchung solcher Symbiosen in der Umwelt bleibt aufgrund der hohen morphologischen Komplexität des Planktons eine Herausforderung. Es mangelt an quantitativen Hochdurchsatz-Techniken zur Erkennung, Beschreibung, Zählung und Bewertung der subzellulären Strukturen von aus dem Ozean entnommenen Phytoplanktons, was zu einem blinden Fleck in der Planktonökologie führt.Im SymbioScope-Projekt plane ich zunächst, den nötigen technologischen Arbeitsablauf zu entwickeln, basierend auf automatisierter Fluoreszenzmikroskopie, um die subzelluläre Struktur und die Interaktionslandschaft von mikrobiellem Plankton quantitativ zu messen, und zwar sowohl mit ausreichend hoher Detailgenauigkeit als auch mit ausreichendem Durchsatz. Dann werde ich dieses neue Werkzeug anwenden, um die symbiotische Komplexität von Guinardia delicatula, (einer dominanten eukaryotischen Phytoplanktonart vor der Küste von Roscoff), über ihre saisonale Phänologie hinweg zu beobachten. Durch die automatische Abbildung und Klassifizierung von Hunderten von G. delicatula-Zellen über die Jahreszeiten hinweg wird es erstmals möglich sein, die bekannten symbiotischen Interaktionen mit RNA- und DNA-Viren, Prokaryonten und anderen Eukaryonten wirklich zu quantifizieren und zumessen, wie sich diese symbiotische Landschaft, im Laufe der Zeit und als Reaktion auf biotische und abiotische Umweltparameter verändert. Dieses Projekt wird eine wichtige technologische Lücke in der aquatischen Ökologie füllen und grundlegendes Wissen über Struktur und Dynamik eukaryontischer Symbiosen von der Einzelzelle bis zur Populationsebene generieren. Meine profunde Fachkenntnis auf dem Gebiet der Bildgebung und Mikroskopie, kombiniert mit dem außergewöhnlichen Zugang zur weltgrößten Sammlung mariner Protisten am Gastinstitut (die das entscheidende Rohmaterial für die Methodenentwicklung und -validierung liefert) und einer starken Verbindung zu Projektpartnern am EMBL in Heidelberg, bilden zusammen eine solide Grundlage für den Erfolg dieses innovativen Projekts.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Gastgeberinnen / Gastgeber: Dr. Nina Simon; Dr. Colomban de Vargas