Heterotrophe Mikroorganismen in arktischen hydrothermalen Sedimenten - die ökologische Rolle und der Einfluss ihres CAZymes-Repertoires

• Antragstellerin: Dr. Katharina Saß
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467458523

Hydrothermale Tiefseequellen gehören zu den extremsten Habitaten der Erde und stellen interessante Ziele für marine, biologische Untersuchungen und Entdeckungen dar. Die mikrobiellen Gemeinschaften an hydrothermalen Tiefseequellen werden oft von chemolithoautotrophen Mikroorganismen dominiert, die einfache chemische Verbindungen als Energiequellen nutzen. Das volle Ausmaß ihrer heterotrophen Fähigkeiten wird jedoch noch erforscht. In der Bioprozessindustrie, wo der Abbau von komplexen organischen Materialien oft eine große Herausforderung darstellt, werden neue mikrobielle Lösungen dringend benötigt. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurden bereits neuartige in situ Inkubatoren entwickelt und getestet, ob der Einsatz von abbauresistenten Materialien aus der Holzaufbereitungsindustrie Veränderungen in der Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft in heißen marinen hydrothermalen Sedimenten bewirkt. Dabei konnten Unterschiede in der Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft in Abhängigkeit vom Material, der Kammertiefe unter dem Meeresboden und/oder der Temperatur festgestellt werden. Mittels 16S rRNA Amplikon Sequenzierung konnte ein hoher Anteil an heterotrophen mikrobiellen Linien, die mit kultivierten Mitgliedern innerhalb der Thermotogales verwandt sind, festgestellt werden. Allerdings wurden auch beträchtliche Anteile von bisher nicht kultivierten und neuen Thermotogales und Bacteroidetes identifiziert. Außerdem wurden mehrere neue Linien von noch nicht kultivierten thermophilen Archaeen und Bakterien beobachtet. Basierend hierauf ist das Ziel des geplanten Projekts verschiedene heterotrophe Bakterien aus arktischen hydrothermalen Sedimenten zu kultivieren und zu isolieren. Anreicherungskulturen mit verschiedenen Substraten wie Cellulose und Chitin werden auf das Vorhandensein von Genen zum Polysaccharid Abbau untersucht, die in bereits verfügbaren Metagenomen identifiziert wurden. Gezielte Kultivierungsstrategien werden durchgeführt, um die neuen heterotrophen Bakterien zu selektieren. Genomanalysen für unterschiedliche metabolische Kapazitäten werden diese unterstützen. Funktionelle Analysen auf Einzelzellebene werden helfen, die Zielbakterien anhand ihrer in-situ Aktivität in Mischkulturen zu identifizieren und zu isolieren. Schließlich werden neue heterotrophe Bakterien im Hinblick auf Morphologie, Physiologie und ihr Genom detailliert charakterisiert. Metatranskriptomische Ansätze unter modifizierten Inkubationsbedingungen werden außerdem Aufschluss über die kohlenhydrataktiven Enzyme geben. Diese werden näher untersucht und charakterisiert. So können basierend auf Metagenomen und Metatranskriptomen neue Enzyme für verschiedene Industrien entdeckt werden. Die metabolischen Geheimnisse und die Kapazität der Mikrobiome von Hydrothermalquellen in der arktischen Tiefsee werden innerhalb dieses Projektes aufgedeckt.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Norwegen
• Gastgeberin: Professorin Dr. Ida Helene Steen