Zell-Zell Kommunikation und dessen Einfluss auf die Mikrobengemeinschaften pyrit-oxidierender Bakterien

• Antragsteller: Dr. Sören Bellenberg
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402385999

Natürliche Mikrobengemeinschaften sind komplexe, multivariate Systeme, die aus sehr vielen unterschiedlichen Spezies bestehen können, die miteinander interagieren, kommunizieren und individuell auf viele unterschiedliche Umwelteinflüsse reagieren. Insbesondere die Bedeutung biologischer Interaktionen mittels Zell-Zell Kommunikation und der Einfluss auf die Bildung und Veränderung natürlicher und biotechnisch relevanter Konsortien ist kaum verstanden. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll der Einfluss chemischer Zell-Zell Kommunikation in mikrobiellen Konsortien untersucht werden. Dazu eignen sich saure Minendrainage-, Bergbauabwasser- und Haldenökosysteme (Acid mine drainage, AMD), die natürlicherweise eine geringe biologische Vielfalt aufweisen tendenziell besser als hochkomplexe mikrobielle Lebensgemeinschaften. Die Aktivität dieser Mikroorganismen ist Ursache für massive Umweltschäden, die durch AMD verursacht werden. Dieselben Mikroorganismen werden auch biotechnologisch zur Metallgewinnung aus Armerzen für die Kupfer- und Goldgewinnung genutzt. In der Literatur und in eigenen Vorarbeiten wurde Zell-Zell-Kommunikation mittels Quorum Sensing in Bakterien aus AMD-Ökosystemen, und klare Hinweise auf dadurch bedingte Interaktionen zwischen unterschiedlichen Arten von Laugungsbakterien gezeigt. Die Bedeutung dieser Phänomene in den AMD-Ökosystemen ist jedoch völlig unbekannt. Im Rahmen dieses Vorhabens werden Signalmoleküle in deren natürlichen Konzentrationen in Laborkulturen- und Umweltproben erfasst, die Entwicklung von Mikrobengemeinschaften anhand der relativen Häufigkeit von 16-S-rRNA der einzelnen Spezies beschrieben und die mikrobielle Stoffwechselaktivität anhand der Genexpression mittels next-generation RNA sequencing untersucht. Die Manipulierbarkeit der Entwicklung der Mikrokonsortien soll darüber hinaus durch die Zugabe ausgewählter Signalmoleküle mit diesen Methoden demonstriert werden. Ich vermute, dass ein Zusammenhang zwischen der Entwicklung von Signalmolekülkonzentrationen und der zeitlich, dynamischen Veränderung der Häufigkeit der unterschiedlichen Spezies in den Mikrobengemeinschaften und deren Stoffwechselaktivität besteht und diese Entwicklung durch Zugabe von bestimmten Signalmolekülen beeinflusst werden kann. Ziel dieses Projekts ist es Grundprinzipien der Effekte von Zell-Zell Kommunikation auf die sukzessive Veränderung von mikrobiellen Gemeinschaften zu identifizieren. Diese Prinzipien könnten auf komplexere Ökosysteme extrapoliert werden und damit die Grundlage für neue ökologische Erkenntnisse sein. Mit daraus abgeleiteten neuen Forschungshypothesen kann man einer der größten Herausforderungen in Medizin, Umweltmikrobiologie und mikrobieller Ökologie begegnen und möglicherweise Methoden für die gezielte Manipulation von mikrobiellen Konsortien in der Umweltmikrobiologie und medizinischen oder biotechnischen Anwendungen entwickeln.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeber: Professor Dr. Mark Dopson