Biologie des extrazellulären Meeresökosystems

Mikroben sind die Motoren, die den globalen Nährstoffkreislauf antreiben, da sie über die Gene verfügen, die für die wichtigsten Proteine/Enzyme kodieren, die an der Umwandlung von Energie und Materie im Ozean beteiligt sind. Daher sind mikrobielle Aktivitäten/Funktionen grundlegend dafür, wie der Ozean funktioniert, mit Auswirkungen, die von der Fischerei bis zum Klimawandel reichen. In den letzten 10 Jahren wurden Millionen von Genen aus dem Ozean geborgen. Dennoch können wir noch keine Funktion zu ca. 50% dieser Gene zuordnen. Interessanterweise werden die meisten dieser Gene normalerweise aus einer intrazellulären Funktionsperspektive interpretiert. Jüngste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass viele Proteine aus den Zellen in die Umwelt (d. h. das Sekretom) ausgeschieden werden und Prozesse vermitteln, die für das Funktionieren des Meeresmikrobioms von grundlegender Bedeutung sein können. Ein großer Teil dieser Proteine wurde in Meerwasser gelöst gefunden, wo sie in einiger Entfernung von den Zellen über einen längeren Zeitraum aktiv bleiben können, was eine neue Dimension der extrazellulären Ökosystembiologie in der Untersuchung der marinen Mikrobiologie eröffnet. Das Hauptziel des Projekts ist die Charakterisierung des marinen mikrobiellen Sekretompotenzials, seiner Expression und seiner taxonomischen Zugehörigkeit sowie die Untersuchung der Reaktion des marinen Sekretoms auf globale Umweltveränderungen. Die folgenden Hypothesen werden getestet: (1) Das Potenzial mariner Mikroben, Proteine zu sezernieren, ist weit verbreitet und von grundlegender Bedeutung für die Funktionsweise des Ökosystems Ozean; (2) spezifische Funktionen tragen wesentlich zur Sekretom-Expression bei, während andere hauptsächlich zellassoziiert sind; (3) Globale Veränderungen werden die Aktivität von Schlüsselfunktionen/Proteinen des Sekretoms beeinflussen und somit die Ökologie und Biogeochemie des Ozeans über seinen Einfluss auf das Sekretom beeinflussen. Wir werden Metagenomik und Metatranskriptomik mit kürzlich entwickelten Ansätzen in unserem Labor kombinieren, um spezifisch Proteine zu charakterisieren, die mit mikrobiellen Zellen (d. h. Proteomik) und auch mit zellfreien (d. h. Exoproteomik) assoziiert sind. Wir werden die saisonale Variabilität des marinen Sekretoms an zwei Referenzstandorten (Mittelmeer und Atlantik) und die räumliche Heterogenität des Sekretoms unter Verwendung von Daten aus globalen Probenahmeexpeditionen untersuchen. Indem wir eine völlig neue Dimension (extrazelluläre Ökosystembiologie) in der Erforschung der Meeresmikrobiologie eröffnen, werden wir mit diesen Werkzeugen eine kritische Lücke schließen und das Sekretom als Schlüsselspieler in den breiteren Kontext der Meeresökologie und Biogeochemie stellen,. Das Erreichen des Vorhergehenden wird höchstwahrscheinlich ein viel tieferes Verständnis dieser molekularen Dimension ermöglichen und auch einen tiefgreifenden Einfluss auf unser Verständnis der Funktion des Ozeanökosystems im Kontext des globalen Wandels haben. Die erzielten Ergebnisse werden sich auf ein breites Spektrum wissenschaftlicher Disziplinen auswirken, die von Mikrobiologie, mikrobieller Ökologie, Biogeochemie, Systemökologie, Naturstoffchemie bis hin zu mariner Bioprospektion reichen.