Sonderforschungsbereich/Transregio 51
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Die Roseobacter-Gruppe ist eine der Hauptentwicklungslinien der Familie der Rhodobacteraceae der Alphaproteobacteria. Ihre Vertreter bilden eine der häufigsten und erfolgreichsten Gruppen von nicht obligat phototrophen Prokaryonten in marinen Habitaten. Im Gegensatz zu der großen ökologischen Bedeutung ist das Wissen über diese Gruppe und ihrer Hauptakteure in marinen Habitaten immer noch überraschend lückenhaft. Konsequenterweise wollen daher marine mikrobielle Ökologen, bakterielle Physiologen und Biochemiker, Naturstoffchemiker, Genetiker und Informatiker aus den Universitäten Oldenburg und Braunschweig, des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI), der Deutschen Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) und des Göttinger Genomforschungslabors im beantragten SFB/TR die Roseobacter-Gruppe vom Ökosystem bis zur Systembiologie von Modellorganismen bezüglich wichtiger Stoffwechselprozesse hin untersuchen. Das Hauptziel ist, die evolutionären, genetischen und physiologischen Prinzipien zu verstehen, welche das Geheimnis des Erfolges dieser Bakteriengruppe ausmachen. Wie wird die genetische Konfiguration dieser Bakterien auf der Ebene der metabolen und damit zusammenhängenden regulatorischen Netzwerke so erfolgreich für rasche evolutionäre Anpassungen an so verschiedenartige Habitate benutzt?
Beteiligte Institutionen
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Institut für Chemie & Biologie des Meeres (ICBM) |
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Mikrobiologie
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Mikrobielle Kommunikation |
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Mikrobiologie
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Genetik & Mikrobiologie
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Im Projektbereich A „Ökologie und Evolution“ wird die Roseobacter-Gruppe auf der Ebene von Gemeinschaften und Populationen in verschiedenen marinen Ökosystemen in der Wassersäule und in Sedimenten untersucht, indem kultivierungsabhängige und –unabhängige (metagenomische und metatranskriptomische) Methoden angewandt werden. Wichtige Fragen betreffen die Diversität und biogeochemische Bedeutung, Funktion und Aktivität von Hauptakteuren dieser Gruppe und deren genomische Organisation, die Taxonomie, evolutionäre Verwandtschaftsverhältnissen und das Kern- und Pangenom dieser Gruppe.
Im Projektbereich B „Genetik und Physiologie“ werden zwei ausgewählte Modellorganismen, Dinoroseobacter shibae und Phaeobacter gallaeciensis, zusammen mit anderen für bestimmte Fragestellungen geeigneten Stämmen im Zentrum der Untersuchungen stehen. Eng verwobene Projekte werden den Energiestoffwechsel und damit zusammenhängende Genregulationsnetzwerke von D. shibae mit einem breiten Spektrum von physiologischen, genetischen und molekularbiologischen Methoden untersuchen. Des weiteren sind die Biosynthesewege von Sekundärstoffen insbesondere mit antibiotischer oder Signalstoffwirkung und die Bedeutung von Quorum Sensing und dessen biologischer Bedeutung von wichtigem Interesse. Dafür werden alle zur Verfügung stehenden Genome der Roseobacter-Gruppe bioinformatisch gesichtet und mit gezielten funktionellen, genetischen und chemischen Untersuchungen von neuen Stämmen, insbesondere aber der Modellorganismen D. shibae und P. gallaeciensis kombiniert.
Der Projektbereich C „Systembiologie“ konzentriert sich weitestgehend auf die beiden Modellorganismen D. shibae und P. gallaeciensis. Das Gesamtziel ist die Schaffung eines bioinformatischen Modells, das die Vorhersage der Anpassungen der Stoffwechselwege und Genregulation an gegebene Umweltveränderungen dieser und anderer Organismen der Roseobacter-Gruppe erlaubt. Um die notwendigen Daten für das Modell zu generieren, wird ein eng abgestimmtes experimentelles Programm bearbeitet. Bestens standardisierte und reproduzierbare Wachstumsbedingungen in Chemostaten schaffen die Voraussetzung für eine integrative Analyse des Transkripoms, Proteoms, Metaboloms und des dynamischen Fluxoms als Reaktion auf definierte Änderungen der Wachstumsbedingungen oder genetische Varianten der Modellorganismen. Die aus diesen Studien sowie aus dem eng verbundenen Projektbereich B erhaltenen Daten werden benutzt, um in iterativen Schritten genombasierte Stoffwechsel- und Genregulationsmodelle zu schaffen und zu optimieren. Das langfristige Ziel ist das Verschmelzen der verschiedenen Modelle in komplexe systembiologische Modelle, um vielschichtige Anpassungsprozesse der Modellorganismen vorherzusagen. Auf der Basis der Genominformation anderer Organismen der Roseobacter-Gruppe sollen die etablierten bioinformatischen Modelle benutzt werden, um deren artspezifische Adaptationsprozesse an gegebene Habitate zu verstehen und vorherzusagen. Diese systembiologischen Analysen schließen den Kreis zum Projektbereich A.
Der beantragte SFB/TR möchte zu einem vertieften Verständnis des großen und weltweiten Erfolgs der Roseobacter-Gruppe in sehr diversen marinen Habitaten beitragen und wie Vertreter sich an diese Habitate anpassen. Die Ergebnisse werden auch das Verständnis der Phylogenomik und Evolution anderer Gruppen mariner Bakterien erhellen.
Im Projektbereich B „Genetik und Physiologie“ werden zwei ausgewählte Modellorganismen, Dinoroseobacter shibae und Phaeobacter gallaeciensis, zusammen mit anderen für bestimmte Fragestellungen geeigneten Stämmen im Zentrum der Untersuchungen stehen. Eng verwobene Projekte werden den Energiestoffwechsel und damit zusammenhängende Genregulationsnetzwerke von D. shibae mit einem breiten Spektrum von physiologischen, genetischen und molekularbiologischen Methoden untersuchen. Des weiteren sind die Biosynthesewege von Sekundärstoffen insbesondere mit antibiotischer oder Signalstoffwirkung und die Bedeutung von Quorum Sensing und dessen biologischer Bedeutung von wichtigem Interesse. Dafür werden alle zur Verfügung stehenden Genome der Roseobacter-Gruppe bioinformatisch gesichtet und mit gezielten funktionellen, genetischen und chemischen Untersuchungen von neuen Stämmen, insbesondere aber der Modellorganismen D. shibae und P. gallaeciensis kombiniert.
Der Projektbereich C „Systembiologie“ konzentriert sich weitestgehend auf die beiden Modellorganismen D. shibae und P. gallaeciensis. Das Gesamtziel ist die Schaffung eines bioinformatischen Modells, das die Vorhersage der Anpassungen der Stoffwechselwege und Genregulation an gegebene Umweltveränderungen dieser und anderer Organismen der Roseobacter-Gruppe erlaubt. Um die notwendigen Daten für das Modell zu generieren, wird ein eng abgestimmtes experimentelles Programm bearbeitet. Bestens standardisierte und reproduzierbare Wachstumsbedingungen in Chemostaten schaffen die Voraussetzung für eine integrative Analyse des Transkripoms, Proteoms, Metaboloms und des dynamischen Fluxoms als Reaktion auf definierte Änderungen der Wachstumsbedingungen oder genetische Varianten der Modellorganismen. Die aus diesen Studien sowie aus dem eng verbundenen Projektbereich B erhaltenen Daten werden benutzt, um in iterativen Schritten genombasierte Stoffwechsel- und Genregulationsmodelle zu schaffen und zu optimieren. Das langfristige Ziel ist das Verschmelzen der verschiedenen Modelle in komplexe systembiologische Modelle, um vielschichtige Anpassungsprozesse der Modellorganismen vorherzusagen. Auf der Basis der Genominformation anderer Organismen der Roseobacter-Gruppe sollen die etablierten bioinformatischen Modelle benutzt werden, um deren artspezifische Adaptationsprozesse an gegebene Habitate zu verstehen und vorherzusagen. Diese systembiologischen Analysen schließen den Kreis zum Projektbereich A.
Der beantragte SFB/TR möchte zu einem vertieften Verständnis des großen und weltweiten Erfolgs der Roseobacter-Gruppe in sehr diversen marinen Habitaten beitragen und wie Vertreter sich an diese Habitate anpassen. Die Ergebnisse werden auch das Verständnis der Phylogenomik und Evolution anderer Gruppen mariner Bakterien erhellen.
