Untersuchung der unerforschten molekularen Vielfalt wilder Hefen: Eine integrierte Multi-omics-Analyse der Phyllosphäre

• Antragsteller: Dr. Stefan Pieczonka
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543754742

Seit ihrer Domestizierung prägt die Saccharomyces cerevisiae Hefe (Baker’s Yeast) sowohl die Produktion fermentierter Lebensmittel als auch die Bioökonomie. Ihre Robustheit und Steuerbarkeit im Fermentationsprozess sowie ihre hohe Ethanol-Toleranz prädestinieren sie für eine schnelle industrielle Produktion. Folglich konzentriert sich die Forschung auf die Optimierung und Feinsteuerung von S. cerevisiae im Labor. Der Blick auf die Vielfalt innerhalb des Fermentationsprozesses der Hefen bleibt bis heute eingeschränkt. Die reichhaltige Dynamik der natürlichen Evolution von Hefen, die deutlich von domestizierten Hefen abweicht, wird weitgehend vernachlässigt. Die Hefeforschung war seither ein Katalysator für Fortschritte in der Genanalyse, der Genexpression und der Untersuchung von Protein- und Metabolitinteraktionen. Diese umfassenden Forschungsansätze, zusammengefasst unter dem Begriff der Systembiologie, betrachten den Organismus als ein komplexes Zusammenspiel regulatorischer Netzwerke. Die vielschichtige Analytik ist entscheidend, um komplexe Stoffwechselprozesse und Enzymaktivitäten zu erfassen. Diese integrativen analytischen Ansätze sind bereits für das Modellsystem der S. cerevisiae begrenzt. Noch spärlicher sind sie folglich für wilde Hefen. Mein exploratives Forschungsprojekt befasst sich mit der umfassenden Multi-Omics-Analyse wilder Hefen in den vielfältigen biologischen Nischen Australiens. Ziel ist es, ein tiefgreifendes Verständnis ihrer unerforschten molekularen Biologie zu erlangen. Wir werden die Chemodiversität von Metaboliten (1), Proteinen (2) und das Zusammenspiel dieser beiden Domänen (3) untersuchen, das entweder von phylogenetischen Faktoren beeinflusst wird oder zur Manifestation verschiedener Phänotypen in den untersuchten phyllosphärischen Nischen beiträgt. Schließlich nutzen wir die Metagenom-Analyse, um die mikrobiellen Gemeinschaften innerhalb dieser biologischen Nischen zu charakterisieren. Letztlich soll die molekularen Interaktionen zwischen den Hefen und ihrem mikrobiellen Ökosystem auf der Pflanzenoberfläche untersucht werden (4). Um die Biodiversität eingehend zu erfassen, isolieren wir Hefen in der Phyllosphäre von Vororten, ländlichen, abgelegenen und den hoch spezialisierten Ökosystemen auf Heron Island. Der non-targeted analytische Ansatz ist entscheidend für die Aufdeckung neuer regulatorischer Mechanismen und die Erforschung von Stoffwechselanpassungen. Er umfasst das eng mit den ausgeprägten Phänotypen verknüpfte Metabolom sowie unerforschte Proteinmodifikationen und Enzyme. Das Verständnis der Abhängigkeit und Interaktion von Hefen innerhalb spezifischen biologischen Nischen und mikrobiellen Umgebungen verspricht tiefgreifende Erkenntnisse über die Anpassung und das Stoffwechselpotential wilder Hefen. Die vielschichtige Grundlagenforschung wird mögliche Anwendungen in Bereichen von der Biotechnologie, Biomasse- und Enzymproduktion über Lebensmittel bis hin zu Bewahrung der Biodiversität aufzeigen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Australien
• Gastgeber: Professor Dr. Benjamin Schulz