Umweltbedingte Steuerung eisenreduzierender Mikroorganismen in antarktischen marinen Sedimenten

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Friedrich
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404648014

Der Klimawandel hat zu beschleunigter Gletscherschmelze auf der westlichen Antarktischen Halbinsel geführt. Infolgedessen hat die Akkumulation von Schelfsedimenten inklusive großer Mengen reaktiver Eisenoxide auch in Potter Cove zugenommen. In der ersten Phase von ECIMAS haben wir gefunden, dass mikrobielle Eisenreduktion stark von Temperatur und Verfügbarkeit organischen Kohlenstoffs beeinflusst wird. Jedoch ist der Anteil an sulfatreduzierenden Bakterien mit einem Anteil von über 30% in Potter Cove-Sedimenten sogar in den besonders eisenreichen Sedimenten in Gletschernähe unerwartet hoch. Dies ist überraschend, da dort die Sulfatprofile über die Sedimenttiefe weitgehend unverändert sind, was auf einen begrenzten Sulfatverbrauch hindeutet. Darüber dominierten eisenreduzierende Bakterien in Isotopenbeprobungsexperimenten (SIP) mit 13C-Acetat, einem gemeinsamen Substrat der eisen- und sulfatreduzierenden Bakterien, wobei letztere jedoch inaktiv, aber in-situ sehr abundant waren. Die zentralen Substrate (Elektronendonatoren) und damit einer der entscheidenden Umweltparameter zur Kontrolle dieser anaerob-atmenden Bakterien in den antarktischen Sedimenten von Potter Cove sind in-situ noch nicht bekannt.Für den Verlängerungsantrag unseres ECIMAS-Projekts wollen wir uns auf die Identifizierung von aktiv in-situ von Mikroorganismen metabolisierten Substraten konzentrieren. Unser Ansatz besteht aus zwei ineinander verzahnten cutting-edge Schritten: (i) Erstens werden wir das Metatranscriptom der mikrobiellen Gemeinschaft in-situ in Kombination mit deren Metagenomen (>1000 Gbp) analysieren, womit Transkripte in höherer Ausbeute zugeordnet werden können. Hoch exprimierte Abbauwege spiegeln sich in den zahlreichsten Gentranskripten der in-situ Sedimentproben wider. (ii) Die derart identifizierten Abbauwege erlauben, die am wahrscheinlich wichtigsten Substrate für eisen- und sulfatreduzierende Bakterien für RNA-SIP-Inkubationen auszuwählen; damit können die beobachtete in-situ Genexpression, die bakteriellen Häufigkeiten und die Identität von aktiven eisen- und sulfatreduzierende Bakterien in-situ verifiziert werden. Wir erwarten über die Omics-gestütze Diskriminierung der in-situ genutzten Substrate einen weiteren wichtigen Umweltparameter zur Kontrolle der eisen- und sulfatreduzierenden Bakterien in antarktischen Sedimenten zu entschlüsseln und die Mechanismen zu verstehen, die der Koexistenz dieser beiden Gruppen von anaerob-atmenden Mikroorganismen in polaren Sedimenten zu Grunde liegen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1158: Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten
• Internationaler Bezug: Argentinien
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Walter Mac Cormack; Dr. Susana Vasquez; Dr. Graciana Willis-Poratti