Vorteile bakterieller Kollektive unter Prädation durch Bodenprotisten

• Antragsteller: Dr. Jordi van Gestel
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568896107

Bakterien bilden diverse kollektive Phänotypen wie Fruchtkörper, Biofilme, Pellikel und Filamente. Ihr Aufbau wird meist unter optimale Laborbedingungen untersucht, doch viele Vorteile zeigen sich erst in natürlichen Gemeinschaften. So bieten bakterielle Kollektive im Boden Resistenz gegen Protisten-Prädatoren – eine der Hauptursachen für bakterielles Absterben. Daher sollten sie idealerweise in ihrer natürlichen Umgebung erforscht werden. Basierend auf unseren vorläufigen Daten, werden wir in diesem Projekt eine Mikrofluidik-Plattform nutzen, um die Vorteile von B. subtilis-Kollektiven gegen Bodenprotisten zu untersuchen, da sie mehrere resistente Mechanismen aufweisen. Um verschiedene kollektive Eigenschaften zu untersuchen, führen wir einen systematischen Vergleich der Kollektive aus B. subtilis-Wildtyp- und Mutantenstämmen durch. Dazu schalten wir gezielt Gene aus, die mit kollektiven Eigenschaften wie Biofilmbildung oder Filamentierung verbunden sind. Jede Mutante wird in unserem mikrofluidischen Gerät kultiviert, das einen bodenähnlichen, porösen Raum nachahmt und so die Bildung kleiner Mikrokollektive ermöglicht. Mithilfe der konfokalen Spinning-Disk-Langzeitmikroskopie quantifizieren wir die Entstehung und den Zerfall dieser Kollektive über die Zeit und analysieren ihre räumlich-zeitliche Strukturierung. Dies wird zum bislang größten systematischen Vergleich von Mikrokollektiven führen. Nach der Untersuchung von Kollektiven in Isolation werden wir in unseren Mutantenstämmen Barcodes einbringen, um gepoolte Wettbewerbsexperimente mit Bodenprotisten durchzuführen. Die gepoolten Mutanten und eine Bodenprobe werden von entgegengesetzten Enden eines mikrofluidischen Geräts geladen, wobei B. subtilis als „Köder“ dient, um Protisten anzulocken. Wir werden untersuchen, wie diese Bodenprotisten mit B. subtilis-Kollektiven interagieren – mithilfe fluoreszierender Zeitraffermikroskopie und Barcode-Sequenzierung. Dies ermöglicht es uns, die relative Überlebenserfolg der Stämme, ihre kollektiven Eigenschaften und ihre Resistenz gegenüber verschiedenen Protisten-Prädatoren miteinander zu verknüpfen. Unser multimodaler Datensatz wird so die funktionellen Vorteile von Kollektiven im Kontext der Prädator-Beute-Ökologie aufzeigen.Indem wir idealisierte Laborbedingungen – in denen Kollektive isoliert oder mit wenigen Interaktionspartnern untersucht werden – mit der komplexen Realität mikrobieller Gemeinschaften kombinieren, hoffen wir, dass unsere Experimente auf einem Boden-Chip künftige Forschungsprojekte anregen. Diese sollen die Auswirkungen bakterieller Kollektivität auf ein noch breiteres Spektrum ökologischer Interaktionen untersuchen, mit dem langfristigen Ziel, ein umfassendes Verständnis der Rolle von Kollektiven in natürlichen Bodengemeinschaften zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2389: Emergente Funktionen der bakteriellen Multizellularität