@phdthesis{Siegl2009,
  author    = {Siegl, Alexander},
  title     = {Einzelzell-basierte Methoden zur Charakterisierung Schwamm-assoziierter Bakterien},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-37443},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Schw{\"a}mme (Phylum Porifera) sind der {\"a}lteste rezente Tierstamm der Erde. Insbesondere marine Vertreter dieser sessilen Invertebraten sind oftmals mit einem mikrobiellen Konsortium assoziiert, welches hochgradig wirtsspezifisch und phylogenetisch divers ist. Die Biomasse dieser Mikroflora kann dabei rund die H{\"a}lfte der Masse eines Schwamms ausmachen. Die Komplexit{\"a}t des Konsortiums sowie der Mangel an kultivierbaren Vertretern der Schwamm-spezifischen Kladen erschwert dabei eine gezielte funktionelle Charakterisierung. Von besonderem Interesse hierbei ist das exklusiv in marinen Schw{\"a}mmen vorzufindende Candidatus Phylum Poribacteria, f{\"u}r das bislang kein kultivierter Vertreter vorliegt. Die metabolisch aktiven und hochabundanten Poribakterien liegen in der extrazellul{\"a}ren Matrix des Schwammes vor und zeichnen sich durch das Vorhandensein einer Nukleoid-{\"a}hnlichen intrazellul{\"a}ren Struktur aus. Ziel dieser Promotionsarbeit war es, neue Einzelzell-basierte Methoden auf das Gebiet der funktionellen Charakterisierung von Bakterien anzuwenden, welche spezifisch mit dem mediterranen Schwamm Aplysina aerophoba assoziiert sind. Dabei wurden sowohl kultivierungs-abh{\"a}ngige, als auch kultivierungs-unabh{\"a}ngige Versuchsans{\"a}tze verfolgt. Das Hauptaugenmerk dieser Studien lag dabei auf dem Candidatus Phylum Poribacteria. W{\"a}hrend auf dem ‚dilution-to-extinction'-Prinzip beruhende Hochdurchsatz-Kultivierungen nicht zum Erhalt einer Schwammsymbionten-Reinkultur f{\"u}hrten, konnten durch eine Kombination aus FACS-Vereinzelung von Schwamm-assoziierten Bakterien und anschließenden Einzel-Genom-Amplifizierungen (‚whole genome amplifications') umfassende Einblicke in die metabolischen Kapazit{\"a}ten von Schwammsymbionten gewonnen werden. Ferner gelang durch die Anwendung dieser neuen kultivierungs-unabh{\"a}ngigen Methode eine spezifische Verkn{\"u}pfung von Phylogenie und Funktion Schwamm-assoziierter, nicht-kultivierbarer Bakterien. So konnte im Rahmen dieser Dissertation eine neue nicht-ribosomale Peptidsynthetase (NRPS) einem Vertreter einer Schwamm-spezifischen Chloroflexi-Klade zugewiesen werden. Ferner gelang die Zuordnung einer exklusiv in marinen Schw{\"a}mmen vorgefundenen Polyketidsynthase (Sup-PKS) zu den Poribacteria. Die Klonierung von hochmolekularer, Einzel-Genom-amplifizierter DNA in Cosmide gew{\"a}hrte zudem Einblicke in den genomischen Kontext dieser, mit dem bakteriellen Sekund{\"a}rmetabolismus assoziierten Gene. Die Pyrosequenzierung eines amplifizierten, von einem einzelnen Poribakterium abstammenden Genoms f{\"u}hrte zudem zum Erhalt von rund zwei Megabasen an genetischer Information {\"u}ber diese Schwammsymbionten. Dadurch wurden detaillierte Informationen {\"u}ber den poribakteriellen Prim{\"a}r- und Sekund{\"a}rstoffwechsel gewonnen. Die Auswertung der automatisch annotierten 454-Daten erlaubte die Rekonstruktion von Stoffwechselwegen, so z.B. der Glykolyse oder des Citratzyklus und best{\"a}tigte das Vorhandensein eines Sup-PKS-Gens im poribakteriellen Genom. Ferner konnten Gemeinsamkeiten mit den Schwesterphyla Planctomycetes, Chlamydiae und Verrucomicrobia gefunden werden. Zudem zeigte die vergleichende Analyse mit einem poribakteriellen Referenzklon aus einer bestehenden Metagenombank die genomische Mikroheterogenit{\"a}t innerhalb dieses Phylums. Nicht zuletzt konnte die Auswertung der poribakteriellen 454-Sequenzierung eine Reihe von m{\"o}glichen Symbiose-Determinanten aufdecken, die beispielsweise am Austausch von Metaboliten zwischen den Interaktionspartnern beteiligt sind. Die Ergebnisse dieser Dissertationsarbeit stellen die Basis f{\"u}r eine gezielte und detaillierte funktionelle Beschreibung einzelner Bakterien innerhalb komplexer mikrobieller Konsortien dar, wie sie in marinen Schw{\"a}mmen vorzufinden sind. Dieser Studie gew{\"a}hrte erstmalig umfassende Einblicke in das genomische Potential der nicht-kultivierten, Schwamm-assoziierten Poribacteria. Weiterf{\"u}hrende Einzelzell-basierte Experimente werden in Zukunft dazu beitragen, das Bild von der Interaktion zwischen Bakterien und eukaryontischen Wirten zu komplettieren.},
  subject      = {Genomik},
  language  = {de}
}