@phdthesis{Francis2020,
  author    = {Ben Francis},
  title     = {Proteogenomics of Marine Polysaccharide Utilisation},
  journal    = {Proteogenomik der Marinen Polysaccharid Verwertung},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-opus-43126},
  pages     = {357},
  year      = {2020},
  abstract  = {Polysaccharide sind ein Hauptbestandteil des gesamten organischen Kohlenstoffs, der durch photosynthetische Eukaryoten erzeugt wird. Im Meer, wo in etwa die H{\"a}lfte der j{\"a}hrlichen globalen Kohlendioxidfixierung stattfindet, werden gro{\"s}e Mengen an Polysacchariden w{\"a}hrend Algenbl{\"u}ten produziert. Diese Phytoplankton-Bl{\"u}ten sind h{\"a}ufig saisonale Ph{\"a}nomene. Insbesondere Fr{\"u}hlingsbl{\"u}ten standen im Mittelpunkt von Studien, da Ort und Zeit ihres Auftretens vorhersehbar sind. Dadurch erf{\"u}llen sie die Grundvoraussetzungen eines guten Modellsystems, in dem die relevanten Prozesse der Reoxidation von organischen Kohlenstoffen untersucht werden kann. Es wird angenommen, dass der Gro{\"s}teil der von Algen produzierten Polysaccharide eine von zwei Hauptfunktionen erf{\"u}llt - zum einen als Energiespeichermolek{\"u}l oder zum anderen als Strukturpolymer in den Zellw{\"a}nden zu dienen. Andere Polysaccharide k{\"o}nnen ebenfalls Schutzfunktionen als Exudate haben. Unabh{\"a}ngig von der Funktion in Algen sind die Polysaccharide eine wertvolle Energiequelle f{\"u}r heterotrophe Bakterien. Die Kombination von H{\"a}ufigkeit und struktureller Vielfalt der Polysaccharide hat zu einer Evolution von Variationen einer bestimmten Sequestrierungs- und Abbau-Strategie unter Bacteroidetes und Gammaproteobakterien gef{\"u}hrt, die h{\"a}ufig als „selfish“ (dt. egoistisch) charakterisiert wird. Die Strategie basiert auf au{\"s}er-zellul{\"a}rer Hydrolyse und der Aufnahme von Oligosacchariden in das Periplasma {\"u}ber die Verwendung von TonB-abh{\"a}ngigen Transportern. Im periplasmatischen Raum k{\"o}nnen Oligomere weiter zu Monomeren abgebaut werden, die dann durch ABC- oder MFS-Transporter in das Cytosol transportiert werden k{\"o}nnen. Dieser Mechanismus ist f{\"u}r die Zelle von Vorteil, da sie den N{\"a}hrwert des Polysaccharides nicht mit anderen Zellen in der n{\"a}heren Umgebung teilen muss. Die Forschungsartikel dieser Doktorarbeit haben zum Ziel die Polysaccharid-Pr{\"a}ferenzen heterotropher Bakterien, welche nach Phytoplanktonbl{\"u}ten sehr abundant sind, zu eruieren und aufzukl{\"a}ren. Der erste Artikel ist eine Studie {\"u}ber die Abundanz von TonB-abh{\"a}ngigen Transporterproteinen in Metaproteomen und Metagenomen w{\"a}hrend einer fr{\"u}hjahrs Phytoplanktonbl{\"u}te an der Langzeitforschungsstation vor Helgoland. Diese Untersuchung identifiziert Transporter f{\"u}r Laminarin und alpha-Glucane, welche die am h{\"a}ufigsten vorkommenden Speicherpolysaccharide auf Glukosebasis sind, als die am h{\"a}ufigsten vorkommenden Polysaccharid-spezifischen TonB-abh{\"a}ngigen Transporter. Mit fortschreitender Bl{\"u}te und insbesondere nach einer Verdoppelung der Bakterienzahlen nahm der Anteil der Laminarin- und Alpha-Glucan-Transport im Vergleich zu Transportern f{\"u}r weniger leicht abgebaute Mannose-, Xylose- und Fucose-haltige Polysaccharide ab. Die Schlussfolgerung ist, dass diese {\"A}nderung eine aktive Reaktion auf die Verf{\"u}gbarkeit der verschiedenen Polysaccharide oder ihre relative Attraktivit{\"a}t als Wachstumssubstrat w{\"a}hrend des Zeitraums ist. Der zweite Artikel befasst sich eingehend mit einem der am h{\"a}ufigsten vorkommenden Bacteroidetes-Gattungen, die zuvor unbenannt war und bisher nicht kultiviert wurde. Die am h{\"a}ufigsten vorkommenden Arten in dieser Gruppe wachsen schnell und erreichen h{\"a}ufig in der Sukzession des Bacterioplanktons fr{\"u}her maximale Populationsgr{\"o}{\"s}en als andere heterotrophe Arten. Metagenomische Analysen zeigten, dass die F{\"a}higkeit zum vorhergesagten Polysaccharidverbrauch begrenzt ist und der Organismus nur PULs f{\"u}r einen Laminarinabbau aufweist. Die Gattung ist auch an vielen Orten h{\"o}herer Breitengrade nachweisbar, an denen saisonale Phytoplanktonbl{\"u}ten zu erwarten sind. Dies weist darauf hin, dass die Gattung ein weltweit erfolgreicher Konsument von organischer Algenmaterie ist und aufgrund der hohen H{\"a}ufigkeit eine gro{\"s}e Bedeutung f{\"u}r den globalen Laminarinabbau haben kann. Der dritte Artikel ist eine umfassende Studie {\"u}ber Phytoplanktonbl{\"u}ten-assoziierte Gammaproteobakterien, die bislang im Vergleich zu den Bacteroidetes wenig Beachtung fanden. Gammaproteobakterien {\"u}berlappen sich in gewissem Ma{\"s}e mit Bacteroidetes, da sie auch Konsumenten von Laminarin sind, aber wenige von ihnen sind eindeutig in der Lage die komplexen von der Zellwand abgeleiteten Polysaccharide zu konsumieren. Einige Gammaproteobakterien k{\"o}nnen jedoch Produzenten von Alginat sein, einem ansonsten mysteri{\"o}s beliebten Polysaccharid von Bacteroidetes, welches nicht von bl{\"u}tebildenden Mikroalgen produziert wird. Der vierte Artikel geht dann, basierend auf metagenomischen Daten, detailliert auf den PUL-Gehalt von Bacteroidetes ein. Innerhalb der Population an Bacteroideten die auf die Fr{\"u}hjahrsbl{\"u}te reagieren, wurden f{\"u}nf Substrate identifiziert, welche am h{\"a}ufigsten vorhergesagten Polysaccharide der PULs sind: alpha- und beta-Glucane, Xylose- und Mannose-reiche Polysaccharide und Alginat. Diese Arbeit fasst mehrere metagenomische und metaproteomische Untersuchungen der F{\"a}higkeiten mariner heterotropher Bakterien Polysaccharide zu gebrauchen zusammen. Diese Bakterien haben einen tiefgreifenden Einfluss auf den gesamten Kohlenstoffkreislauf in K{\"u}stenregionen und sind entscheidend f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis, wie sich {\"A}nderungen der Kohlenstoffkonzentrationen in der Atmosph{\"a}re auf den Kohlenstoffumsatz und die Speicherung in den Weltmeeren auswirken.},
  language  = {en}
}