Functional Metagenomic Analysis of Anaerobic Methane Oxidizing Communities
Final Report Abstract
Funktionelle metagenomische Analysen eröffnen die Möglichkeit, das vielfältige genetische Potential bisher unkultivierter Mikroorganismen zu entschlüsseln und direkt biologische Information aus metagenomischen Bibliotheken zu extrahieren. Wenn auch noch am Anfang einer wohl weitreichenden Entwicklung, wird die funktionelle Metagenomik eine bedeutende Rolle in der Biotechnologie für die Identifizierung neuartiger Enzyme oder Stoffen mit bioaktiven Eigenschaften spielen. Auch wenn das mikrobielle genetische Potential unerschöpflich wirkt, so ist die Nutzung dieses Potentials dennoch dadurch limitiert, es aus der Fülle vorhandener genetischer Information zu identifizieren. Funktionelle metagenomische Analysen sind durch geringe Screening-Effizienzen gekennzeichnet und müssen in einem Highthroughput-Format realisiert werden können. Um direkt biologische Information aus anaerob Methan-oxidierenden mikrobiellen Gemeinschaften zu extrahieren, wurde ein Highthroughput-Screening-Tool für eine Substrat-Induzierte Genexpression entwickelt. Das Screening-Tool wurde, basierend auf dem SIGEX-Konzept (Substrat-induzierte Genexpression) von Uchiyama et al. (2005) entwickelt; allerdings wurde die Anwendbarkeit auf metagenomische Bibliotheken mit großen Inserts wie Fosmid-, Cosmidoder BAC-Bibliotheken erweitert. Die auf transposierbare Elemente und dem Reportergen GFP (green fluorescent protein) beruhende Methode wurde erfolgreich an einer Rhodococcus sp. RHAI Fosmid-Bibliothek getestet und ein Benzoat-induzierbarer Klon isoliert. Die mehrere Schritte umfassende Screening-Methode wird momentan mit einem erweiterten Substrat-Spektrum auf metagenomische Bibliotheken anaerober Methanoxidierender Mikroorganismen angewandt. Desweiteren wurde eine Methode entwickelt, um die Hefe Saccharomyces cerevisiae als ein neuer Screening-Host in funktionellen metagenomischen Analysen anzuwenden. Hierfür wurde eine sog. „Retrofitting-Pipeline", basierend auf einem Cre/loxP-Rekombinations-System entwickelt, mit deren Hilfe vorhandene metagenomische Fosmid-Bibliotheken für eine Selektion und Replikation in der Hefe angepasst werden können. Studien bestätigten Stabilität der transformierten Fosmide in Hefe. Saccharomyces cerevisiae steht somit als ein neuer eukaryotischer Host für funktionelle metagenomische Analysen zur Verfügung und kann z.B. in Komplementierungs-Screens oder der Identifizierung von bakteriellen 16S rDNA-Genen auf Fosmiden angewandt werden.
Publications
- "Functional gene discovery in methane-rich, anoxic environments", CMDE (Center for microbial diversity and evolution) Annual Meeting 2007, Powel River, Vancouver Island, Canada
Taupp, Marcus and S. J. Hallam
- "Functional Metagenomic Analysis of Anaerobic Methane Oxidizing Communities", BAGECO 2007, Wernigerode, Germany
Taupp, Marcus and Steven J. Hallam
- Application of functional metagenomic screenings to prospect novel biocatalysts from metagenomes. LSI Symposium 2007; University of British Columbia, Vancouver, Canada
- "Functional metagenomic analysis: expanding the SIGEX concept to large insert metagenomic libraries", CSM (Canadian Society of Microbiologists) 2008, Calgary, Canada
Taupp, Marcus and S. J. Hallam
- Functional metagenomic screening: exploiting microbial communities to discover new biocatalysts. CMDE Meeting 2008, Sunshine Coast, Canada
- "The biochemistry of anaerobic methane oxidation". Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology: Hydrocarbons, Oils and Lipids: Diversity, Properties and Formation; Timmis, Kenneth N. (Ed.); (2009)
Taupp, Marcus; Lea Constan and Steven J. Hallam
