Erforschung des Virioneustons: Viral-bakterielle Interaktionen zwischen Ozean und Atmosphäre

• Antragstellerin: Dr. Janina Rahlff
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446702140

Viren im Meeresoberflächenfilm (MOF), einem <1 mm dünnen Film zwischen Ozean und Atmosphäre, sind stark unerforschte Komponenten der marinen Umwelt. Häufige Anreicherungen von Viren im MOF im Vergleich zu tieferen Wasserschichten, die Tendenz distinkte Gemeinschaften auszubilden wie aus Süßwasserstudien bekannt, und ihr Vorhandensein auf Partikeln und in Seewasser-Aerosolen erlaubt die Vermutung, dass MOF-Viren eine wichtige Rolle in der Regulation von Luft-Wasser Austauschprozessen spielen. Ich hypothetisiere, dass Bakteriophagen des MOF, die zum sogenannten Virioneuston zählen, biogeochemische Kohlenstoffkreisläufe durch frequentierte Wirtszelllyse beeinflussen können (durch den “Viral Shunt“ wird Kohlenstoff freigesetzt) und somit der mikrobiellen Schleife, von der man bislang annimmt, sie würde in der oberen Wassersäule beginnen, von der Luft-Wasser Grenzschicht Starthilfe erteilen. Ich möchte durch die Nutzung hochmoderner -Omics-, Visualisierungs- und Kultivierungsmethoden die Rolle von Bakteriophagen im MOF entschlüsseln. Die Projektziele sind es, die zu Grunde liegenden Infektionsmechanismen von MOF-Phagen (lytisch oder lysogen) aufzuklären, um so das Potential der Phagen, den “Viral Shunt“ im MOF zu initiieren, abzuschätzen. Zu diesem Zweck sollen MOF-Proben in der Ostsee gesammelt werden, um mindestens drei Phagen-Wirts Systeme zu extrahieren und diese zusammen mit Metagenomen (die ersten für MOF aus dem Feld) zu sequenzieren. Metagenomproben sollen von einer sehr beruhigten Meeresoberfläche, einem Slick, der häufig mit organischem Material angereichert ist, gesammelt werden und mit nicht-Slick-MOF und dem unterliegenden Wasser verglichen werden. Durch größenfraktionierte Filtration können partikel- und nicht partikel-assoziierte viral-bakterielle Gemeinschaften untersucht werden, unter der Annahme ihrer Beteiligung an der mikrobiellen Schleife durch in das Pelagial absinkende Partikel. Mittels der Metagenome und Genome, soll die Existenz der in Wirtsgenome integrierte Prophagengenome als Evidenz für den lysogenen Lebensstil gezeigt, sowie die Bedeutung von Phagen-codierten metabolischen Hilfsgenen untersucht werden. Weiterhin sollen die Daten genutzt werden um Abwehrsysteme (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat=CRISPR) des Wirts gegen die Viren zu studieren, um Wirtsanpassung gegenüber Virusdruck zu erkennen und Viren ihren Wirten zuzuordnen (über CRISPR-Spacer-Virus-Protospacer-Passungen). Erste Evidenz für einen MOF Bakterienstamm, der Prophagen und ein CRISPR-System trägt, wird hier in unpublizierten Vorarbeiten gezeigt. Kultivierungsexperimente und Transmissions-Elektronenmikroskopie sollen helfen, das lytische Verhalten, respektive die Morphologie der MOF-Phagen zu ergründen. Zusammenfassend soll das Vorhaben VIBOCAT unser Verständnis von viral-bakteriellen Interaktionen in der Ozean-Atmosphären Grenzschicht verbessern, und Einflüsse auf die mikrobielle Schleife und Kohlenstoffflüsse im Ozean aufdecken.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeberin: Privatdozentin Karin Holmfeldt, Ph.D.