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Mikrobiomanalysen - Methodentwickung und Bioinformatik

Projekt

Dreidimensionale Darstellung der Bakterienvielfalt in der Rhizosphäre von Mais – basierend auf der bioinformatischen Analysen ihrer verwandtschaftlichen Beziehungen von 16S rRNA Genen (c) Thünen-Institut/BD
Dreidimensionale Darstellung der Bakterienvielfalt in der Rhizosphäre von Mais – basierend auf der bioinformatischen Analysen ihrer verwandtschaftlichen Beziehungen von 16S rRNA Genen (© Thünen-Institut/BD)

Entwicklung molekularer Methoden zur Charakterisierung von Mikrobieller Gemeinschaften aus Böden und anderen natürlichen und technischen Habitaten

Mit Hilfe eines neuen Methodenrepertoirs soll die Vielfalt und Funktion mikrobieller Gemeinschaften in Böden und anderen Habitaten untersucht werden um darauf aufbauend Strategien zu entwickeln, deren Leistungen für agrar-relevante Prozesse zu schützen und zu nutzen.

Hintergrund und Zielsetzung

Mikrobielle Aktivitäten liefern die Basis für eine nachhaltige Nutzbarkeit landwirtschaftlicher Böden, die Wachstumsförderung von Kulturpflanzen und deren Schutz vor pathogenen, den Abbau von Reststoffen, auch zur Herstellung hochwertiger Dünger, und zur Gewinnung von Bioenergie. 

Fast alle wichtigen mikrobiologischen Leistungen werden durch komplex zusammengesetzte Gemeinschaften kooperativ erbracht. Die Einzelorganismen, deren veränderliche Zusammensetzung zu Gemeinschaften und deren Wechselwirkungen und Veränderungen durch Umweltfaktoren sind bisher kaum verstanden.

Neue molekulare Methoden, die auf der Analysen von direkt extrahierten Nukleinsäuren basieren, bieten Ansatzpunkte, diese Gemeinschaften zu verstehen und letztendlich so zu managen, dass sie für eine ökologisch freundliche Landwirtschaft nutzbar werden.

Vorgehensweise

Die Entwicklung bezieht sich auf Methoden, die unabhängig von der Kultivierung von Mikroorganismen auf Nährböden im Labor basieren:

  • Verfahren zur Extraktion und Reinigung von DNA und RNA aus Umweltproben (Boden, Grundwasser, Darminhalt, ...)
  • PCR Verfahren zur Quantifizierung mikrobieller Gruppen und zum genetischen Fingerprinting von mikrobiellen Gemeinschaften
  • Sequenzierung des Mikrobioms aus Böden und anderen relevanten Habitaten (z.B. Komposten, Biogasanalagen, ...)
  • Nutzbarkeit von Bioinformatik zur Bearbeitung großer Datensätze
  • Spezifische Nachweisverfahren von fördernden und pathogenen Mikroorganismen, letztere auch mit dem Ziel, Tierversuche stark einzuschränken.
  • Kopplung von struktureller und funktioneller Diversität mit Isotopen-Analysen von markierten Nukleinsäuren, z.B. mit der stabilen Isotopen Technik (stable isotope probing, SIP) 

Unsere Forschungsfragen

Beispiele

  • Welche Mikroorganismen leben in einer Gemeinschaft?
  • Welche Aktivitäten vollbringen sie dort?
  • Wer kooperiert mit wem? Lassen sich synergistische und antanostische Wechselwirkungen aufspüren?
  • Wie variabel sind die Gemeinschaften, welche Mitglieder sind essentiell, auf welche kann verzichtet werden? Wie reagieren sie auf eine veränderte Umwelt?

Vorläufige Ergebnisse

Methoden wurden entwickelt, mit denen es möglich ist, DNA und RNA direkt aus Böden zu extrahieren um ohne Kultivierung Nachweise über Identität und Aktivität von Bodenmikroorganismen führen zu können. Mit Hilfe einer neuen Methoden zum genetischen ?Fingerprinting? können auch auf größeren Skalen Umwelteinflüsse und andere Einflussfaktoren auf mikrobielle Gemeinschaften in Agrarökosystemen untersucht werden.

Neue Methoden zur Sequenzierung des Metagenoms (Mikrobioms) wurden etabliert, Bioinformatik nutzbar gemacht.

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Zeitraum

Daueraufgabe 1.2001 - 12.2019

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektstatus: läuft

Publikationen

Anzahl der Datensätze: 0