Identität, Infektionsstrategie und biogeochemische Relevanz von Umweltviren die nitrifizierende Mikroorganismen infizieren

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Pester
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Virologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464371654

Umweltviren haben einen großen Einfluss auf die genetische Vielfalt und Ökologie mikrobieller Gemeinschaften und kontrollieren somit indirekt biogeochemische Kreisläufe. Für den Kohlenstoffkreislauf wurde dies bereits in Modellkonzepten wie dem Viral Shunt oder dem Viral Shuttle veranschaulicht. Derzeit wissen wir allerdings äußerst wenig darüber, wie Viren mikrobielle Gemeinschaften beeinflussen, die am Stickstoffkreislauf beteiligt sind. In diesem Antrag möchten wir die Auswirkungen von Viren auf nitrifizierende Mikroorganismen, insbesondere auf Ammoniak-oxidierende Archaeen (AOA) und Bakterien (AOB) untersuchen. Unsere Haupthypothese ist, dass Viren die Umsatzrate und Resilienz der Nitrifikation je nach Infektionsstrategie und der dominierenden Ammoniak-oxidierenden Population (AOA vs. AOB) unterschiedlich beeinflussen. Umweltrelevante Mikroorganismen wie AOA und AOB sind oft schwer zu kultivieren und wachsen nicht auf Agarplatten. Deshalb basiert das wenige Wissen über Viren die Nitrifizierer infizieren meist auf bioinformatischen Vorhersagen. Kürzlich haben wir in unserem Labor eine Plaque-freie Isolierungsmethode für Viren etabliert und so den ersten lytischen Phagen von AOB isolieren können. Basierend auf dieser Strategie wollen wir die Identität, die Infektionsstrategie und die biogeochemischen Auswirkungen von Viren untersuchen, die nitrifizierende Mikroorganismen befallen können. In Teilprojekt 1 (TP1) wollen wir die Diversität von Viren erfassen, die Nitrifizierer infizieren können. Dazu sollen AOA- und AOB-Stämme aus der bestehenden DSMZ-Sammlung benutzt werden, um über die Plaque-freie Methode Viren aus oligotrophen bis eutrophen Umwelthabitaten zu isolieren (Seen, Böden und Kläranlagen). Ausgewählte archaeelle und bakterielle Viren sollen daraufhin im Detail auf ihre Phylogenie, ihr genetisches Potential und ihre Infektionsstrategie untersucht werden. Basierend auf diesem Wissen werden wir in Teilprojekt 2 (TP2) die Auswirkungen dieser Viren auf den Prozess der Nitrifikation untersuchen; mit besonderem Augenmerk auf unterschiedliche Infektionsstrategien, z. B. lytische vs. chronische Infektionen. Hier sollen nitrifizierende mikrobielle Anreicherungen mit Viren infiziert werden, die aus demselben Lebensraum isoliert wurden. Die Auswirkungen der Virusinfektion sollen durch Änderungen in der Nitrifikationsaktivität quantifiziert und in Zusammenhang mit Veränderungen der mikrobiellen Gemeinschaft und der Transkriptionsaktivität des Energiestoffwechsels und der Virusabwehr gebracht werden. Der Antrag wird direkt zum Bereich C des SPP beitragen: Auswirkungen von Viren auf mikrobielle Gemeinschaften. Die zu erzielenden Ergebnisse werden wichtige Verbindungen zwischen neuartigen Viren und umweltrelevanten Wirten herstellen und somit relevante Verknüpfungspunkte zu anderen SPP-Projekten bieten, die sich z.B. mit bioinformatischen Vorhersagen von Virus-Wirt-Paaren oder Modellierungsansätzen von Virus-Wirt-Interaktionen befassen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2330: Neue Konzepte der Virus-Wirt Interaktion in Prokaryoten – von Einzelzellen zu mikrobiellen Gemeinschaften
• Mitverantwortlich: Dr. David Kamanda Ngugi