FORSCHUNG — 67 Abb. 3. Das Sex-induzierende Pheromon der Kieselalge Seminavis robusta (links bei der Paarung) konnte mit Markierungs-, MS- und NMR-Experimenten aufgeklärt werden. Bild: AG Pohnert Wir untersuchen die Kommunikation von Einzellern mit einer Kombination aus Analytischer Chemie, Chemischer Ökologie und Mikrobiologie. Bei der Untersuchung von Pheromonen von marinen einzelligen Diatomeen, gelang die Strukturaufklärung des ersten komplexen Peptidpheromons von diesen Algen. Die Strukturaufklärung beruhte dabei auf elaborierten Markierungsexperimenten, die es ermöglichten, ein Signal aufzuklären, das selbst im femtomolaren Bereich aktiv ist [3]. Cross-kindom signaling zwischen Diatomeen und assoziierten Bakterien ist ein weiterer Schwerpunkt unserer Arbeiten. So konnten wir zeigen, wie Diversität von marinen Bakterien in einer Gemeinschaft die Funktion der einzelnen Partner beeinflusst [4]. Besonders zu betonen ist dabei, dass unsere Gruppe einen neuen Weg der chemischen Kommunikation im Plankton, die induzierte Bildung von Vesikeln durch Mikroalgen, identifiziert hat [5]. In der Tat sind die Algen in der Lage durch Vesikelproduktion schädliche Stoffe aus den Zellen zu schleusen und somit eine „Verjüngung“ zu erreichen. Der Mechanismus kann durch assoziierte Bakterien moduliert werden und trägt dadurch zur Dynamik von Artengemeinschaften des Planktons bei. Im Rahmen unserer Arbeiten im Sonderforschungsbereich ChemBioSys konnten diese UntersuchunSignalchemie in mikrobiellen Gemeinschaften gen dann auf die Interaktion mit lytischen, also pathogenen Bakterien ausgeweitet werden. Wir konnten die bei marinen Untersuchungen entwickelten Konzepte und Methoden auch erfolgreich auf die Untersuchung von Grundwasser ausdehnen. [3] Klapper, F. A., C. Kiel, P. Bellstedt, W. Vyverman and G. Pohnert (2023). "Structure Elucidation of the First Sex-Inducing Pheromone of a Diatom." Angewandte Chemie-International Edition 62(43). [4] Deng, Y., M. Mauri, M. Vallet, M. Staudinger, R. J. Allen and G. Pohnert (2022). "Dynamic Diatom-Bacteria Consortia in Synthetic Plankton Communities." Applied and Environmental Microbiology 88(22). [5] Deng, Y., R. Y. Yu, V. Grabe, T. Sommermann, M. Werner, M. Vallet, C. Zerfass, O. Werz and G. Pohnert (2024). "Bacteria modulate microalgal aging physiology through the induction of extracellular vesicle production to remove harmful metabolites." Nature Microbiology 9(9). Erforschung von Metaboliten im Grundwasser Auch im Grundwasser sind zahlreiche Mikroorganismen vorhanden, die die gelösten Verbindungen verstoffwechseln, transformieren oder zur Kommunikation nutzen. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs AquaDiva untersuchen wir in einer Langzeitdatenserie wie die Dynamiken der Chemischen „Landschaft“ im Grundwasser zu Stande kommen. Wir nutzen dazu im Nationalpark Hainich eine Infrastruktur, die es erlaubt sowohl die gelösten Metaboliten, die ins Grundwasser eingetragen werden als auch die in tieferen Lagen zu findenden Verbindungen zu charakterisieren [6,7]. Unsere Forschung bildet eine entscheidende Grundlage für die Bewertung der langfristigen Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die Qualität und Stabilität des gelösten organischen Materials (DOM) im Grundwasser. [6] Zerfass, C., R. Lehmann, N. Ueberschaar, C. Sanchez-Arcos, K. U. Totsche and G. Pohnert (2022). "Groundwater metabolome responds to recharge in fractured sedimentary strata." Water Research 223. [7] Sanchez-Arcos, C., N. Ueberschaar and G. Pohnert (2022). "Aquifer system and depth specific chemical patterns in fractured-rock groundwater from the Critical Zone revealed by untargeted LC-MS-based metabolomics." Water Research 219. Abb. 4. Die Komplexität des Grundwasser metametaboloms lässt sich mit elaborierten statistischen Auswertungsmethoden erfassen, die auch zeitliche Abhängigkeiten von Transformationen aufzeigen (hier Hauptkomponentenanalyse des Jahresverlaufs der Zusammensetzung des gelösten organischen Materials). Bild: AG Pohnert
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