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Evolution, ecophysiology and molecular basis of bacterial multicellularityEvolution, Ökophysiologie und molekulare Basis bakterieller Multizellularität

Heterologe bakterielle Multizellularität in phototrophen Konsortien

Phototrophe Konsortien bestehen aus einer gleichbleibenden Anzahl von grünen Schwefelbakterien (sog. Epibionten), welche um ein zentrales farbloses Betaproteobakterium herum angeheftet sind. Unsere Gruppe etablierte mit der ersten Laborkultur von phototrophe Konsortien das zurzeit einzige Modellsystem zur Untersuchung von Interaktionen zwischen nicht verwandten Bakterien. Beide Partner teilen sich in eng koordinierter Weise. Das Konsortium schwimmt zum Licht (skotophobische Reaktion), welches die Epibionten für die anoxygene Photosynthese benötigen, wobei das Zentralbakterium das Konsortium mit einer einzelnen Geißel vorantreibt. Die Zellen bilden spezifische Zell-Zell-Adhesionsstrukturen und tauschen multiple Signale aus. Bei der Analyse der Ultrasktruktur wurde eine intrazelluläre Sortierung von Antennenstrukturen in den Epibiontenzellen gefunden, was jedoch nur im symbiotischen Zustand zu beobachten ist. Genomische Analysen identifizierten mögliche „Symbiosegene“ des Epibionten, darunter große Exoproteine und ein Protein mit einer RTX-ähnlichen β-roll Domäne. Derartige Gene konnten zuvor noch nicht in freilebenden grünen Schwefelbakterien gefunden wurden, was auf eine spezifische Rolle bei der Interaktion hindeutet.

Homologe bakterielle Multizellularität in multizellulären magnetotaktischen Prokaryoten (MMPs)

Multizelluläre magnetotaktische Prokaryoten (MMPs) sind hoch organisierte, kugelförmige und motile Aggregate aus 10-40 Bakterienzellen. Jede Zelle besitzt eigene Magnetosomen und Flagellen. Intakte MMPs richten sich im magnetischen Feld aus und zeigen Magnetotaxis, was auf einen Signalaustausch zwischen den Zellen hindeutet. Im Zellverbund sind die Magnetosomenketten der einzelnen Zellen gleich ausgerichtet. Analysen der 16SrRNA Gensequenz ergaben, dass die Aggregate aus Zellen nur eines Phylotyp zusammengesetzt sind. Gene für die dissimilatorische Sulfit Reduktase (dsrAB) und die dissimilatorische Adenosin-5‘-Phosphat Reduktase (aprA) konnten in aufgereinigten MMP Proben festgestellt werden, so dass angenommen werden kann, dass MMPs Sulfatreduktion durchführen können. Chemotaxische Untersuchungen von 41 verschiedenen Testsubstraten zeigte, dass der MMP stark auf Acetat und Propionat reagiert. MMPs sind durch ihre magnetotaxischen und chemotaxische Fähigkeiten gut an die steilen chemischen Gradienten in marinen Sedimente des Gezeitenbereichs angepasst.

Ausgewählte Publikationen

  • Müller, J., Overmann J. (2011) Close interspecies interactions between prokaryotes from sulfureous environments. Frontiers Microb Physiol Metabol 2-146
  • Overmann, J. (2006) (editor) Molecular Basis of Symbiosis. And Chapter II (p.21-37): The symbiosis between nonrelated bacteria in phototrophic consortia. Progress in Molecular Subcellular Biology, Springer-Verlag
  • Pfannes K.R., Vogl, K., Overmann J. (2007) Heterotrophic symbionts of phototrophic consortia: members of a novel diverse cluster of Betaproteobacteria characterised by a tandem rrn operon structure. Environ. Microbiol. 9: 2782-2794
  • Vogl, K., Wenter, R., Dreßen, M., Schlickenrieder, M., Plöscher, M., Eichacker, L., Overmann, J. (2008). Identification and analysis of four candidate symbiosis genes from "Chlorochromatium aggregatum", a highly developed bacterial symbiosis. Environ. Microbiol. 10: 2842-2856
  • Wanner, G., Vogl, K., Overmann, J. (2008) Ultrastructural characterization of the prokaryotic symbiosis in "Chlorochromatium aggregatum". J. Bacteriol. 190: 3721-3730
  • Wenter, R., Wanner, G., Schüler, D., Overmann, J. (2009) Ultrastructure, phylogeny and tactic behaviour of a novel multicellular magnetotactic prokaryote from North Sea sediments. Environ. Microbiol. 11: 1493-1505
  • Wenter, R., Hütz, K., Dibbern, D., Reisinger, V., Li, T., Plöscher, M., Eichacker, L., Eddie, B., Hanson, T., Bryant, D., Overmann, J. (2010) Expression-based identification of genetic determinants of the bacterial symbiosis in `Chlorochromatium aggregatum´. Environ. Microbiol. 12: 2259-2276
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Prof. Dr. Overmann, Jörg
Telefonnr.: +49-531/2616-352

Scientific Director / Wissenschaftlicher Direktor

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Dr. Henke, Petra
Telefonnr.: +49-531/2616-382
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Reuper, Hendrik
Telefonnr.: +49-531/299-3789

PhD Student - Junior Research Group "VirusInteract" (Stress granules project)