Der Abbau und Kreislauf von organischen Schwefelverbindungen in marinen chemosynthetischen Symbiosen

• Antragstellerin: Dr. Eileen Kröber
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 519818445

Die Bedeutung von Organoschwefel (OS)-Verbindungen für die Biologie und Ökologie der Meere ist erst in jüngster Zeit deutlich geworden. Es ist bekannt, dass OS-Verbindungen eine Schlüsselrolle in biogeochemischen Kreisläufen spielen, die von Schwefel-, Kohlenstoff- und Energiequellen für Mikroorganismen bis hin zur Beeinflussung des Erdklimas reichen. Trotz der Erkenntnis ihrer Bedeutung ist unser Verständnis darüber, wie OS-Verbindungen abgebaut werden, immer noch begrenzt. Lebensräume, die reich an OS-Verbindungen wie Dimethylsulfoniopropionat (DMSP) und Dimethylsulfid (DMS) sind, wie z.B. Korallenriffsedimente, Seegraswiesen und Mangroven, beherbergen oft eine große Vielfalt an chemosynthetischen Symbiosen (CS). In diesen Symbiosen versorgen die chemosynthetischen Bakterien ihre eukaryontischen Wirte mit Nahrung, indem sie anorganischen und organischen Kohlenstoff assimilieren. Bemerkenswerterweise ist nicht bekannt, ob OS-Verbindungen von CS metabolisiert werden können. Angesichts der Tatsache, dass die Nährstoffe in Umgebungen, in denen chemosynthetische Wirte gedeihen, oft limitiert sind, würde die Möglichkeit, OS-Verbindungen zu verwenden, eine wertvolle Energie- und Kohlenstoffquelle für die Symbiose darstellen. In diesem Projekt möchte ich zeigen, dass OS-Verbindungen für die Ernährung CS wichtig sind. Meine Analysen der Metagenome verschiedener chemosynthetischer Wirte, wie z.B. darmlose Oligochaeten und Muscheln, haben gezeigt, dass ihre Symbionten Schlüsselgene kodieren, die am Abbau von DMSP, DMS und deren Zwischenprodukten beteiligt sind. Basierend auf Transkriptomanalysen des darmlosen Oligochaeten Olavius algarvensis konnte ich zeigen, dass diese Gene auch exprimiert werden. Diese Analysen bilden die Grundlage für eine eingehende Untersuchung des OS-Abbaus und -Kreislaufs in CS. Ich werde biogeochemische und molekularbiologische Ansätze wie Metatranskriptomik, -proteomik und -bolomik, gekoppelt mit Inkubationen mit markierten OS-Verbindungen, kombinieren, um die Kreisläufe zu identifizieren, die von chemosynthetischen Symbionten verwendet werden, um Energie und Kohlenstoff aus DMSP und DMS zu gewinnen. Diese Forschungsarbeit wird sich auf folgende Fragen konzentrieren: 1) Wie verbreitet ist der OS-Abbau in CS? 2) Welche Stoffwechselwege werden durch den OS-Abbau angetrieben und wie werden Kohlenstoff und Schwefel aus diesen Verbindungen innerhalb der Symbiose zirkuliert? 3) Sind die Wege, die von chemosynthetischen Symbionten für den OS-Abbau und -Kreislauf verwendet werden, auch in ihren eng verwandten, frei-lebenden Verwandten vorhanden? Oder wurden diese Stoffwechselwege durch horizontalen Gentransfer erworben? 4) Welche Umweltrelevanz hat der chemosynthetische OS-Abbau? Angesichts meiner Expertise in der Biogeochemie und Molekularbiologie des mikrobiellen OS-Abbaus und -Kreislaufs, bin ich gut positioniert, um große Lücken unseres Verständnisses dafür, wie CS zum marinen organischen Schwefelkreislauf beitragen, zu schließen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen