Herkömmliche Studien an Mikroorganismen erfordern die Kultur, Aufarbeitung und Extraktion von vielen Tausend bis zu Millionen Zellen, um eine analytische Probe zu erhalten. Somit wird zwangsweise ein Durchschnitt über die Population gebildet. Wir sehen aber im natürlichen Lebensraum Hinweise darauf, dass nicht alle Zellen gleich sind, sondern durchaus eine physiologische Individualität haben. Wir haben es uns zum Ziel gesetzt, diese Individualität mit Einzelzellanalytik zu erfassen. Hierzu entwickeln wir neue Ansätze der Laser Desorptions Ionisierungs Massenspektrometrie. Zur Untersuchung von Mikroalgen konnten wir so das Infektionsgeschehen mit pathogenen Pilzen mit zellulärer Auflösung verfolgen. Einzelzellanalytik zur Verfolgung von Infektionsgeschehen Abb. 2. Die co-Inkubation einer Dimethylsulfoniopropionat produzierenden Mikroalge und transgener Bakterien, die markierte Proteine des Abbaus der Verbindung exprimieren, zeigt, wie auch ein Mikroorganismus seine Umgebung durch Freisetzung von Naturstoffen beeinflussen kann (Maßstab 5 µm). Abbildung aus Ref. [4]. FORSCHUNG — 47 Wir sind sogar in der Lage, in großen Populationen mit der Einzelzell-Massenspektrometrie Zellen mit unterschiedlichem Gesundheitszustand zu identifizieren und auch die Artzusammensetzung von Artgemeinschaften massenspektrometrisch zu erfassen. Diese Arbeiten werden derzeit in den ökologischen Kontext der Planktonsysteme übertragen. [4] Gao, C., Fernandez, V. I., Lee, K. S., Fenizia, S., Pohnert, G., Seymour, J. R., Raina, J. B., Stocker, R. (2020): Single-cell bacterial transcription measurements reveal the importance of dimethylsulfoniopropionate (DMSP) hotspots in ocean sulfur cycling. Nature Communications 11, DOI:10.1038/s41467-020-15693-z. [5] Vallet, M., Baumeister, T. U. H., Kaftan, F., Grabe, V., Buaya, A., Thines, M., Svatos, A., Pohnert, G. (2020): The oomycete Lagenisma coscinodisci hijacks host alkaloid synthesis during infection of a marine diatom. Nature Communications 11, DOI:10.1038/s41467-02015527-y. Die Konzepte der Metabolomforschung an komplexen mikrobiellen Gemeinschaften im Plankton können auch auf komplexe strukturierte Lebensräume übertragen werden. So konnten wir im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „AquaDiva“ das metaMetabolom von Grundwasserproben im Hainich Nationalpark und angrenzenden Flächen bestimmen. Wir konnten metabolische Muster festgestellen, die mit klimatischen, lokalen und saisonalen Gegebenheiten korrelieren. Diese Daten werden in der derzeitigen dritten Förderperiode des SFB „AquaDiva“ genutzt, um gemeinsam mit Mikrobiologen und Hydrogeologen ein komplettes Bild über metabolische Prozesse zu erhalten, die für die hohe Qualität unseres Grundwassers verantwortlich sind. SFB „AquaDiva“: Erfassung von metabolischen Mustern und organischen Molekülen in der Critical Zone
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