?The consequences of distributed metabolic functions in microbial communities under fluctuating environments“
Für ihre Masterarbeit am Institut für Biologie wurde Hannah Katharina Raasch mit dem Humboldt-Preis 2023 ausgezeichnet.
Mikroben wie Bakterien, Archaeen und einzellige Eukaryoten?leben typischerweise in mikrobiellen Gemeinschaften, die aus zahlreichen unterschiedlichen St?mmen und Spezies bestehen. Diese Gemeinschaften sind von zentraler Bedeutung für dieFunktionen vieler ?kosysteme sowie für globale ?kologische Prozesse. Zudem bieten synthetische mikrobielle Gemeinschaften enormes Potential für biotechnologische Anwendungen, wie den Abbau von Schadstoffen?oder die nachhaltige Synthese komplexer chemischer Verbindungen. Trotz ihrer Bedeutung?sind die Mechanismen, wie diese Mikroben miteinander interagieren und wie diese Interaktionen die Zusammensetzung und Funktionen der mikrobiellen Gemeinschaften beeinflussen, nur wenigverstanden.?Eine zentrale Form der Interaktion in mikrobiellen Gemeinschaften ist der Austausch essentieller Metabolite. Viele Mikroben sind nicht in der Lage, alle?für ihr Wachstum?notwendigen zellul?ren Bausteine, wie beispielsweise Aminos?uren zur Proteinsynthese, selbst zu produzieren und sind daher auf den Austausch dieser essentiellen Metabolite?mit anderen Mikroben angewiesen - ein Prozess bekannt als 'Crossfeeding'.
Meine Masterarbeit konzentrierte sich auf die Untersuchung der Mechanismen, die die Menge der freigesetzten Metabolite, speziell von Aminos?uren, in Crossfeeding-Interaktionen beeinflussen. Dazu untersuchte ich das Wachstum von Aminos?ure-auxotrophen St?mmen von Escherichia coli, die ihre ben?tigte Aminos?ure durch Crossfeeding von?prototrophen oder auxotrophen?Produzenten erhalten.
Ich nutzte dafür Mikrofluidik-Einzelzellexperimente und entwickelte einen MATLAB-Code, um die Wachstumsraten der interagierenden St?mme auf Basis der mikroskopischen Aufnahmen zu analysieren. Dies erm?glichte es mir, Crossfeeding-Interaktionen in verschiedenen Konsortien zu vergleichen.?Meine?Ergebnisse zeigen, dass auxotrophe Rezipienten h?hereWachstumsraten erreichen, wenn sie die ben?tigte Aminos?ure von Produzenten erhalten, die selbst ebenfalls Aminos?ure-auxotroph und auf reziprokes Crossfeeding angewiesen sind, als wenn sie die Aminos?ure von Crossfeeding-unabh?ngigen prototrophen Produzenten erhalten. Diese Ergebnisse?weisen darauf hin, dass?auxotrophe Produzenten eine gr??ere Menge der jeweiligen Aminos?ure freisetzen und damit ein besseres Wachstum der Rezipienten erm?glichen.
Die Menge der von Produzenten freigesetzten Metabolite hat einen wesentlichen Einfluss auf das Wachstum der Rezipienten, die von diesen Metaboliten abh?ngig sind. Ein tieferes Verst?ndnis der Mechanismen, die diese Unterschiede in der Freisetzung von Metaboliten verursachen, ist entscheidend, um die Zusammensetzung von natürlichen und synthetischen mikrobiellen Gemeinschaften zu verstehen. Weitere Analysen der Wachstumsdynamiken in Mikrofluidik-Experimenten k?nnen wertvolle Einblicke in diese Mechanismen liefern.
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