Die Dynamik der Evolution - wie lateraler Gentransfer die Diversifizierung und Adaption von komplexen mikrobiellen Gemeinschaften bestimmt

• Antragsteller: Dr. Bernd Wemheuer
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324709907

Marine Bakterien und Archaeen stellen einen wesentlichen Teil der Biodiversität unseres Planeten dar. Sie sind die Motoren der biogeochemischen Stoffkreisläufe in marinen Ökosystemen und sind daher essentiell für deren Stabilität und Funktion. Die Diversität dieser Mikroorganismen und ihre Reaktion auf Stressfaktoren wie beispielsweise veränderte Umweltbedingungen waren Ziel zahlreicher Studien. Die genetische Diversifizierung und Anpassung der Mikroorganismen an diese Stressfaktoren wurde allerdings bisher wenig untersucht. Das Ziel dieser Studie ist es daher, einen Einblick in die mikrobielle Evolution in marinen Ökosystemen zu gewinnen. Neuere Studien zeigen, dass mikrobielle Evolution hauptsächlich durch horizontalen Gentransfer vermittelt wird. Daraus ergibt sich die Kernfrage, wie horizontaler Gentransfer die genetische Diversifizierung mariner mikrobieller Gemeinschaften und ihre Anpassung an veränderte Umweltbedingungen bestimmt. Um die Dynamiken der zu untersuchenden mikrobiellen Gemeinschaft zu erfassen, werden im ersten Projektjahr wiederholt Proben aus verschiedene Lebensräumen, z.B. Freiwasser, Seetang, und Sediment, in drei Küstenbereichen Australiens genommen. Begleitend dazu werden verschiedene Umweltparameter wie die Wassertemperatur bestimmt. Umwelt-DNS wird aus dem Probenmaterial extrahiert. Da lateraler Gentransfer eher in einer mikrobiellen Gemeinschaft mit hoher Zelldichte stattfindet, wird vornehmlich die DNS, die aus Seetangproben gewonnen wurde, mittels moderner Technologien direkt sequenziert. Die daraus resultierenden Metagenome werden auf mobile genetische Elemente, die durch horizontalen Gentransfer übertragen wurden, durchmustert. Neben der beschriebenen Metagenom-Untersuchung und den gemessenen Umweltparametern soll als weiterer Faktor die Diversität der mikrobiellen Gemeinschaft in den verschiedenen Lebensräumen mittels 16S rRNA Genanalyse der entsprechenden Proben erfasst werden. Die gesammelten Daten des geplanten Projektes werden im Anschluss statistisch evaluiert, um die Dynamiken der mikrobiellen Evolution zu entschlüsseln. Neben grundlegenden Erkenntnissen über die genetische Variation komplexer mariner Gemeinschaften und deren Anpassung werden die Ergebnisse des geplanten Projektes zu einem besseren Verständnis beitragen, wie diese Systeme auf derzeitig herrschende beziehungsweise zukünftige Stressfaktoren wie Umweltverschmutzung oder Erderwärmung reagieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Australien
• Gastgeber: Professor Dr. Torsten Thomas