Untersuchung der Umweltrelevanz methoxydotropher Archaeen

• Antragstellerin: Dr. Julia Kurth
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532554430

Methoxylierte aromatische Verbindungen sind Schlüsselkomponenten von Lignin und Kohle und kommen auf der Erde sehr häufig vor. Daher ist es überraschend, dass die Umsetzung dieser Verbindungen für lange Zeit nur für Bakterien und nicht für Archaeen beschrieben wurde, obwohl diese bereits seit Milliarden von Jahren wichtige Treiber für verschiedene biogeochemische Kreisläufe sind. Im Jahr 2016 wurde jedoch entdeckt, dass das Methan-produzierende Archaeon Methermicoccus shengliensis auf methoxylierten Verbindungen wachsen kann. Methan-produzierende Archaeen, sogenannte Methanogene, sind wichtige Akteure im globalen Kohlenstoffkreislauf sowie Hauptproduzenten des Treibhausgases Methan. Daher ist es wichtig, diese Organismen und deren Stoffwechsel zu erforschen. Mit Hilfe eines komplementären Spektrums an physiologischen und -omics-Methoden konnten wir zeigen, dass M. shengliensis ein bakterienähnliches Methyltransfersystem (Mto) für die Methanogenese mit methoxylierten Verbindungen nutzt. Die Entdeckung der mto-Gene ermöglichte es uns, nach weiteren Archaeen zu suchen, die das genetische Potenzial zur Umsetzung von methoxylierten Verbindungen besitzen. Für eines dieser Archaeen, das nicht-methanogene Archaeon Archaeoglobus fulgidus, konnten wir zeigen, dass dieses Archaeon tatsächlich auf methoxylierten Verbindungen wachsen kann. Darüber hinaus scheinen auch andere Archaeen wie der Wasserstoff-verwertende Methanbildner Methanothermobacter tenebrarum und noch nicht kultivierte Archaeen wie Verstraetearchaeota das genetische Potenzial zum Wachstum auf methoxylierten Verbindungen zu besitzen. Diese Ergebnisse zusammen mit dem Vorkommen von methoxylierten Verbindungen auf der Erde legen nahe, dass methoxydotrophe Archaeen eine wichtige Rolle für den globalen Kohlenstoffkreislauf spielen könnten. In dem vorgeschlagenen Projekt habe ich vor, die Rolle methoxydotropher Archaeen in der Umwelt zu untersuchen. Hierzu verwenden wir Hochdurchsatz-Sequenzierungsmethoden, um diagnostische Gene in Umweltproben, die beispielsweise aus Hydrothermalquellen, Ölreservoirs oder Totholz stammen, zu detektieren und das Vorkommen und die Verbreitung methoxydotropher Archaeen zu erforschen. Proben, die methoxydotrophe Archaeen enthalten, werden für Anreicherungskulturen verwendet, um neue Isolate zu gewinnen. Diese Kulturen werden außerdem zur Untersuchung der Ökophysiologie der vorhandenen methoxydotrophen Archaeen, Bakterien und möglicherweise Pilze verwendet, indem RT-qPCR und Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, auf DNA/RNA-Sequenzen von diagnostischen Genen dieser Mikroorganismen abzielend, sowie Metatranskriptomik durchgeführt werden. Darüber hinaus werden neue Isolate methoxydotropher Archaeen physiologisch charakterisiert. Dieses Projekt wird neue Einblicke in die methoxydotrophen Fähigkeiten verschiedener Archaeen und ihren außergewöhnlichen Stoffwechsel liefern sowie zum Verständnis der Rolle dieser Archaeen in der Umwelt beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Norwegen
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Ida Helene Steen