Erforschung der Diversität autotropher Kohlenstoffassimilierungswege in thermophilen Prokaryoten

• Antragsteller: Professor Dr. Ivan A. Berg
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429812134

Mindestens sechs unterschiedliche autotrophe Stoffwechselwege sind für die Primärproduktion verantwortlich und weitere warten noch auf ihre Entdeckung. Dies spiegelt die Diversität der physikochemischen Parameter der Habitate und der darin lebenden autotrophen Organismen wider. Thermophile Mikroorganismen, die unter hohen Temperaturen leben, sind in verschiedenen, auch ursprünglichsten, phylogenetischen Gruppen der Archaeen und Bakterien vertreten. Thermophile sind sehr divers in ihrer Biochemie und sind in der Lage, unterschiedlichste Redox Paare für den Katabolismus und CO2-Fixierungswege zu nutzen. Diese wenig untersuchte aber metabolisch diverse physiologische Gruppe ist vielversprechend für die Untersuchungen der Diversität des Stoffwechsels, vor allem der autotrophen Kohlenstoffassimilierung. Solche Untersuchungen gehören zur Kernexpertise des deutschen Partners dieses Projekts, wobei das russische Team viel Erfahrung in der Isolierung und Charakterisierung von neuen Thermophilen gesammelt hat und über eine große Stammsammlung der phylogenetisch und metabolisch diversen autotrophen Thermophilen verfügt. In diesem Projekt wollen beide Partner ihre Expertisen vereinen, um die Diversität der thermophilen Autotrophen und deren Stoffwechselwege auszuweiten. Wir haben vor,• die vorhandene Stammsammlung auf Organismen mit neuen/modifizierten autotrophen Stoffwechselwegen zu überprüfen,• thermophile Gesellschaften der heißen Quellen von Kamtschatka, Kurilen und/oder des Baikal-Grabens mittels radioisotopischen und Omics-Methoden zu analysieren,• neue thermophile Autotrophe aus diesen Standorten zu isolieren, • deren CO2-Fixierungswege mittels genomischen Analysen zu bestimmen,• deren Stoffwechselwege biochemisch zu untersuchen,• deren genomische Merkmale zu identifizieren.Für Organismen, deren Genome keine Gene bekannter autotropher Wege besitzen, werden wir CO2-Fixierungswege entwerfen. Als Ergebnis erwarten wir die Entdeckung eines neuen Weges oder die Existenz des kürzlich beschriebenen reversiblen Citratzyklus. Da bisher nur zwei Beispiele dieses kryptischen Weges bekannt sind, ist Letzteres die spannende Alternative zur Entdeckung komplett neuer Wege.Unsere vorläufigen Untersuchungen identifizierten Organismen, deren Genome keine Schlüsselgene der bekannten autotrophen Wege besitzen (Thermus sp., Deferribacter autotrophicus). Diese Organismen werden zusammen mit Desulfurella acetivorans, dessen Stoffwechsel auf die genomischen Determinanten des reversiblen Citratzyklus erforscht wird, zuerst untersucht. Die Analyse der Umweltproben soll die Verbreitung und Bedeutung von CO2-Fixierungswegen aufklären. Wir erwarten, dass die Durchführung des Projekts zum Verständnis der Biochemie, Ökologie und Evolution dieser bedeutendsten biosynthetischen Prozesse beitragen wird, unser Wissen über autotrophen Metabolismus in Thermophilen erweitern wird und zur Entdeckung der noch unbekannten autotrophen Stoffwechselwege/Strategien führen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Ilya V. Kublanov, Ph.D., bis 3/2022