@phdthesis{Goetz2021,
  author    = {Florian Goetz},
  title     = {Functional Analysis of Hydrothermal Vent Microbial Communities},
  journal    = {Functional Analysis of Hydrothermal Vent Microbial Communities},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-opus-46323},
  pages     = {87},
  year      = {2021},
  abstract  = {Crab Spa ist eine stabile hydrothermale Quelle und ist Teil des 9 ° N Ost-Pazifischen R{\"u}ckens (EPR). Bemerkenswerterweise sind die physikochemischen Bedingungen in Crab Spa seit seiner Entdeckung im Jahr 2007 weitgehend konstant geblieben und bieten eine einzigartig stabile Umgebung, in der sich eine gut angepasste und stabile mikrobielle Gemeinschaft entwickelt hat. Diese mikrobielle Gemeinschaft wird von der Klasse der Campylobacteria dominiert, die bis zu 90\% der Gemeinschaft ausmacht. {\"U}ber die Stoffwechselwege, die es den Campylobacteria erm{\"o}glichen, die Bakteriengemeinschaft im Crab Spa zu dominieren, ist jedoch wenig bekannt. Um diese grundlegende Frage zu beantworten, wurde ein zweigleisiger Ansatz gew{\"a}hlt, der darin bestand, erstens die dominanten Stoffwechselwege in situ zu bestimmen und zweitens dieselben Stoffwechselwege und ihre Kontrollen unter definierten Bedingungen in vitro im Modell-Campylobacterium Sulfurimonas denitrificans genauer zu untersuchen. Die metagenomische Analyse von zwei Umweltproben lieferte den Entwurf zur Bestimmung des metaproteomischen Profils der mikrobiellen Gemeinschaft von Crab Spa. Damit konnten die dominanten Organismen und deren wichtigste Stoffwechselwege identifiziert werden, welche die mikrobielle Gemeinschaft von Crab Spa antreiben. Etwa 90\% der Gene f{\"u}r die Transkription und Proteinsynthese der Metagenomsequenzen geh{\"o}rten nur drei Gattungen von Campylobacteria an: Sulfurimonas, Sulfurovum und Arcobacter. Die metaproteomischen Analysen best{\"a}tigten, dass die aktive mikrobielle Gemeinschaft von Campylobakterien dominiert wurde, die eine Kohlenstofffixierung {\"u}ber den reduktiven TCA-Zyklus durchf{\"u}hrten, der haupts{\"a}chlich durch die Oxidation von Schwefelwasserstoff und Schwefel mit Nitrat und Sauerstoff angetrieben wurde. Die Analyse ergab, dass die Wege zwischen verschiedenen Mitgliedern der Bakterien aufgeteilt sein k{\"o}nnten. Die Proteine, die an Elektronenakzeptor-assoziierten Stoffwechselwegen, insbesondere der Denitrifikation, beteiligt sind, machten bis zu 20\% des gesamten Metaproteoms aus, was als Anpassung an die Knappheit an Elektronenakzeptoren in Crab Spa gesehen werden k{\"o}nnte. Umgekehrt machten Proteine, die in Elektronendonor-assoziierten Stoffwechselwegen involviert sind, weniger als 0,1\% des Metaproteoms aus, was mit der hohen Konzentration des Elektronendonors zu tun haben k{\"o}nnte. Um dieser Hypothese nachzugehen, wurden Chemostat-Experimente mit S. denitrificans entweder unter Elektronenakzeptor- oder -donor-Limitierung durchgef{\"u}hrt. Diese Experimente best{\"a}tigten, dass die Elektronenakzeptor Limitierung zu einer erh{\"o}hten Expression von Elektronenakzeptor-Proteinen f{\"u}hrt. Eine h{\"o}here Expression von Elektronendonor-Proteinen wurde jedoch unter Elektronendonor Limitierung nicht beobachtet. Neben Schwefelwasserstoff kann elementarer Schwefel im Crab Spa als wichtiger Elektronendonor dienen. Bisher waren jedoch keine Informationen dar{\"u}ber verf{\"u}gbar, wie Campylobacteria elementaren Schwefel nutzen k{\"o}nnten. Zu diesem Zweck wurde S. denitrificans entweder mit Thiosulfat oder Cyclooctasulfur (S8) als alleinigen Elektronendonoren gezogen und das Transkriptom mit dem Proteom verglichen. Die Ergebnisse zeigten eine unterschiedliche Expression des SOX-Schwefeloxidationsweges (soxCDYZ und soxABXYZ) als Reaktion auf die beiden unterschiedlichen Schwefelverbindungen. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde ein Modell f{\"u}r die Oxidation von Cylcooctasulfur vorgeschlagen, dass auch f{\"u}r andere schwefeloxidierende Campylobacteria gilt und bei der Interpretation von metatranskriptomischen und proteomischen Umweltdaten hilft (G{\"o}tz, Pjevac, et al., 2018; Lahme et al., 2020). Insgesamt tragen die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse zu einem besseren Verst{\"a}ndnis der an Hydrothermalquellen ablaufenden mikrobiellen Prozesse bei.},
  language  = {en}
}