Modellierung der Interaktionen mariner Mikroben
Dieser Wissenslücke nahm sich das EU-geförderte Projekt MICROBES-2-MODEL (Marine microbial interactions - physiology, genomics and ecological modelling) an. Die Wissenschaftler untersuchten die Interaktionen zwischen Prochlorococcus, dem sehr kleinen und zahlreichen photosynthetischen Organismus in den Ozeanen, und heterotrophen marinen Bakterien aus der Gattung Alteromonas und verwendeten die resultierenden Daten, um mathematische Modelle von mikrobiellen Interaktionen zu entwickeln und zu testen. Die Forscher untersuchten zunächst die Mechanismen der Interaktion sowie die physiologischen Reaktionen von Prochlorococcus und heterotrophen Stämmen auf Flüssig-Batch Co-Kultur. Die Ergebnisse zeigten, dass der Alteromonasstamm HOT1A3 das Wachstum des Prochlorococcus MIT9313 verbesserte, über einer bestimmten Schwelle wurde es allerdings gehemmt. Im Gegensatz dazu wurde keine solche Hemmung zwischen diesem Alteromonasstamm und dem Prochlorococcusstamm MED4 beobachtet, oder zwischen Alteromonasstämmen HOT2G3 und einem der untersuchten Prochlorococcusstämme. Die Gene und Pfade, die auf diese Wechselwirkungen reagieren und vermitteln, wurden mithilfe vergleichender Transkriptom-Experimente untersucht. Die Unterschiede in der Genexpression könnten mit unterschiedlichen Belastungsniveaus und ihrer Wirkung auf Photosynthese und Proteinproduktion im Zusammenhang stehen. Interessanterweise reagiert MIT9313 auf Co-Kultur, indem es eine Reihe von neuen, kurzen Genen exprimiert, von denen einige möglicherweise neuartige Signalpeptide kodieren. Ein einfaches mathematisches Modell des Prochlorococcuswachstums zeigte, dass die Prozesse von Ausscheidung, Sterblichkeit und Nährstoffremineralisierung sowie die direkte chemische Kommunikation in Modelle von marinem Phytoplankton übernommen werden sollten. Darüber hinaus würden Untersuchungen dieser Prozesse von einem intensiveren Dialog zwischen experimentellen und modellbasierten Forschungen profitieren. Die Ergebnisse von MICROBES-2-MODEL sind ein wichtiger Fortschritt bei der Beschreibung von mikrobiellen Interaktionen in globalen biogeochemischen Modellen. Insbesondere angesichts der Dominanz von Prochlorococcus als Primärproduzent in den offenen Ozean sind sie von Interesse und könnten aufdecken, wie mikrobielle Wechselwirkungen in einer solchen diffusen Umgebung auftreten können. Auf diese Weise wird diese interdisziplinäre Studie laufenden und zukünftigen Studien zu mikrobiellen Gemeinschaften und ihrer Rolle in den sich wandelnden Ozeanen zugutekommen.
Schlüsselbegriffe
MICROBES-2-MODEL, Prochlorococcus, Alteromonas, Signalpeptide, biogeochemische Modelle
