Bakterien und Flechten

In diesem Projekt wollen wir Bakterien studieren, die mit Flechten vergesellschaftet sind. Trotz der Diversität dieser langlebigen und stress-toleranten mutualistischen Symbiosen von Pilzen mit Algen sind ihre Interaktionen mit Bakterien wenig erforscht. Im geplanten Projekt konzentrieren wir uns auf ausgewählte Vertreter von Flechten auf unterschiedlichen Substraten und von unterschiedlichen phylogenetischen Gruppen. Zuerst werden wir die strukturellen und funktionelle Vielfalt der Bakterien analysieren, mit Hilfe einer Kombination von DNA-basierten, Kultur-basierten und mikroskopischen Ansätzen. Wir werden dann experimentell untersuchen of sich Bakterienstämme synergistisch oder detrimental auf die Flechtensymbiosen oder präsymbiotische Stadien auswirken. Da Endosymbionten in anderen Pilzen gefunden wurde, werden wir auch untersuchen, ob diese in Flechten vorkommen. Wir vermuten, dass bestimmte Bakterien von ökologischer Relevanz für Flechten sind und erwarten uns auch die Entdeckung neuer Arten, von denen manche auch nah verwandt zu potentiell für Menschen pathogenen Stämmen sein könnten. Darüber hinaus könnte die Untersuchung von flechtenassoziierten Bakterien auch bei der Suche nach neuen Bioaktivitäten interessant sein. An diese Frage werden wir mit experimentellen Ansätzen herangehen.

In dem vorliegenden Projekt wurden Flechten-assoziierte Bakterien studiert. Trotz der großen Diversität der langlebigen und stresstoleranten Flechtengemeinschaft, die als Symbiose zwischen Pilzen und einem Photobionten (Algen, Cyanobakterien) beschrieben ist, sind ihre Interaktionen mit Bakterien weitgehend unbekannt. Um die strukturelle Diversität Flechten-assoziierter Bakteriengemeinschaften zu analysieren, nutzten wir verschiedenen molekulare und mikroskopische Techniken (Molekulare Fingerprints, Fluoreszenz in situ Hybridisierung [FISH] und Konfokale Laser Scanning Mikroscopie [CLSM]). Alle Flechtenarten von unterschiedlichen phylogenetischen Zweigen (Cladonia, Lecanora, Lobaria, Umbilicaria) waren mit bis zu 108 Zellen g-1 fw stark mit Bakterien besiedelt. Alphaproteobacteria stellten die dominante Komponente in allen untersuchten Flechten dar, und es konnte auch eine gewisse Spezifität der Bakteriengemeinschaften festgestellt werden. Flechten beherbergen neue Bakterienarten, bislang konnte eine davon beschrieben werden: Frondihabitans cladoniiphilia. Flechten-assoziierte Bakteriengemeinschaften formen biofilmartige Strukturen in oder auf den Flechtengeweben. Obwohl wir die strukturelle Diversität im Detail aufklären konnten, ist die Funktion der Bakterien in Flechten bislang nur teilweise verstanden. Untersuchungen an Isolaten, sowie der Bachweis entsprechender Gene, weisen auf eine Bedeutung für die Stickstofffixierung, Pathogenabwehr sowie Nährstoff-Recycling. Mit dem Ansatz der Umweltproteomik gewannen wir erste Erkenntnisse hierzu. Unsere Strukturdaten konnten bestätigt werden: mehr Spektra wurden prokaryotischen Proteinen (10%) zugeordnet als dem Photobiont (3.5%). Eine große Fraktion von Proteinen war in posttranslationale Modifikationen und Proteinturnover involviert. Weiters wurden Proteine identifiziert, die für die Synthese von Sekundarstoffen bekannt sind. Die hohe Abundanz, Diversität und die potentiellen Funktionen unterstreichen die Schlüsselrolle der Bakterien in Flechten. Wir schlagen daher vor das traditionelle Konzept der Flechten um den 3. Partner, die Bakteriengemeinschaft, zu erweitern. In einem ergänzenden Ansatz konnten wir zeigen, dass Flechten-assoziierte Bakteriengemeinschaften ein hohes biotechnologisches Potenzial besitzen. Sie beeinhalten Biopolymer-produzierende Bakterien, viele mit exoenzymatischen Fähigkeiten sowie einen außerordentlich hohen Anteil von Antagonisten gegen phytopathogene Pilze.