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Post on 19-Oct-2020
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Förderung durch
Interaktionen in komplexen Gemeinschaften Interaktionsebenen hochentwickelter Symbiosen
Forschungsabteilung Mikrobielle Ökologie und Diversitätsforschung (MÖD)
Bakterielle Interaktionen
Marcus Tank, Petra Henke, Johannes Sikorski und Jörg Overmann Path
obio
logi
e
Phototrophe Bakterienmatten heißer Quellen (40°-70° C)
a) Langzeitstabiles, rein prokaryotisches Habitat (~300 Taxa)
b) Weltweit einzigartig diverse Phototrophen-gemeinschaft (6 Phyla)
Wachstumsversuche in Kokulturen unter verschiedenen Bedingungen
Interaktionen als Schlüssel zur Kultivierung
Phototrophe Konsortien sind hochspezifische Kooperative zweier Vertreter unterschiedlicher bakterieller Phyla
Liu et al., 2013
Zentralbakterium (Betaproteobakterium)
Epibiont (Grüne Schwefelbakterien)
„Chlorochromatium aggregatum“ (kolorierte REM-Aufnahme)
• Essentielle Alginathülle wird kooperativ synthetisiert • Epibiont transferiert „Virulenz“-Proteine zum Zentralbakterium zur
Alginatmaturierung
a) Zelluläre Interaktion: Wie arbeiten die Konsortienpartner zusammen?
Kontrolle Alginatlyase
Polymer Alginat umgibt „C. aggregatum“
Lokalisation + Transport von „Virulenz“-Proteinen (D-STORM)
BCHl
DAPI
IMF
Über-lagerung
5 µm
Cag1919 Cag0614 Cag0616 Cag1919
Modell der Alginatproduktion
Verlust der Alginathülle zerstört die Konsortien
• CO2-Aufnahme und C-Weitergabe sind licht- bzw. N-abhängig
Phaco DAPI
Konsortium
14N12C 15N12C
nanoSIMS
Cts
200
150
100
50
0
[C]
13CO2
23.2%
[C]
15N2
15NH3 76.8%
[C]
[N] 13CO2
[C]
norm. N-Konz. keine C-Weitergabe
13CO2
1.1%
98.9%
keine N2-fixierung trotz nif Genen keine CO2-Aufnahme/Tod
niedrige N-Konz. erhöhte C -Weitergabe
NH3 wird von beiden Partnern verwendet
14CO2
Liu et al., 2013 Zeit [h]
Aktiv
ität [
cpm
* (n
g RN
A)-1
]
Licht
Dunkel
NanoSIMS: Aufnahme und Weitergabe von Kohlen- bzw. Stickstoff
Kohlenstoffweitergabe in Abhängigkeit verschiedener Stickstoffsubstrate
APC-
Cy7-
A
FSC-A
Beta
prot
eoba
kter
ien
Chlo
robi
16S rDNA Stammbäume der Konsortien-Partner. = Bootstrap-Werte >80%
Zentralbakterien Epibionten
Konsortien-Sortierung im FACS mittels BChl-Autofluoreszenz.
b) Metabolische Interaktion: Welche Substanzen werden ausgetauscht?
c) Evolution: Co-Evolution zwischen den Partnerorganismen
• Phylogenetische Analysen deuten auf mögliche Co-Evolution
Identifizierung von Interaktionpartnern über Netzwerkmodelle
Stammsammlung
Beschreibung der (neuen) phototrophen Bakterien
Physikalisch-chemisch
„-omics“
In-situ Co-Kultivierung Kultivierung Methodenansatz:
Physiologische Interaktionen von Chloracidobacterium thermophilum
Cab. thermophilum -photoheterotroph-
Anoxybacillus sp. -chemotroph-
Synechococcus sp. -photoautotroph-
O2, Vitamin B12
Organisches Material
Red. S-Verb.
O2-Verbrauch
Vitamin B12
Aminosäuren
Biotin?
Acetat, Succinat
Ergebnisse:
c) Ganz neuartige Phototrophe, z.B. Chloracidobacterium thermophilum und „Ca. Thermochlorobacter aerophilum“
Meiothermus sp. -chemotroph-
Netzwerkmodell potentieller Partner
Unkultivierte Biodiversität
Hochdurchsatz-Kultivierung:
16S rDNA Gen-Amplicon Sequenzierung
Negativkontrolle Wachstum
verschiedene Medien, Zeit, Zellzahlen
Stammsammlung 2, 11, 12, 16, 39
34,37
Anzahl Partner
Anza
hl d
er F
älle
SILVA Taxonomie 7 phylotypen: „Ca. Mycoplasma haemobos“ (PT 2,11) Mycoplasma wenyonii (PT 12, 16, 39) Veillonella sp. (PT 34,37)
Interaktionsanalysen
OV 20/10-2 SAW: Lung Microbiota 2016-2020 DE-FG02-94ER20137 S.H. 2015-2020
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