title: Diversity, function and oxygen relationship of free-living and flagellate-associated Opitutales (phylum: Verrucomicrobiota) in the termite gut.
title: Vielfalt, Funktion und Sauerstoffverhältnis von freilebenden und flagellaten-assoziierten Opitutales (phylum: Verrucomicrobiota) im Termitendarm.
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Feldewert, Christopher
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2022
Subjects: Flagellaten
Verrucomicrobiota
Genomreduktion
Symbiose
flagellates
Endosymbiose
termite gut
endosymbiosis
Termitendarm
Sauerstoff
oxygen
Mikroaerobier
Mikrobiologie
genome reduction
Natural sciences &amp; mathematics
Naturwissenschaften
microaerobes

description: Das Phylum Verrucomicrobiota ist eine verhältnismäßig neue bakterielle Gruppe, die zum PVC-Superphylum gehört. Sie kommen ubiquitär im Boden und aquatischen Umgebungen vor, aber auch assoziiert mit Tieren. Besonders die Ordnung Opitutales besteht aus vielen Spezies die den Darm von Ameisen, Termiten oder Schaben kolonisieren. Während meiner Doktorarbeit habe ich verschiedene Aspekte von Verrucomicrobiota im Termitendarm untersucht. Während die meisten Mitglieder der Familie Opitutaceae ohne besonderen Fokus auf ihr Verhältnis gegenüber Sauerstoff beschrieben wurden, haben neue Studien gezeigt, dass besonders Darm-assoziierte Opitutaceae potentielle Mikroaerobier sind und sich den suboxischen Bedingungen in ihrer Umwelt angepasst haben. Daher habe ich in dieser Dissertation das Sauerstoffverhältnis von drei repräsentativen Opitutaceae auf genomischer, transkriptioneller und physiologischer Ebene untersucht. Die funktionelle Analyse der Genome zeigte, dass Opitutaceae verschiedene hoch-affine Oxidasen haben, durch die sie potentiell geringe Sauerstoff Mengen in ihrer Umwelt veratmen können. Transkriptionelle Analysen haben gezeigt, dass alle terminalen Oxidasen von Opitutaceae konstitutiv exprimiert sind und sich wechselnden Sauerstoffbedingungen anpassen können. Durch Mikroelektrodenmessungen und die Deoxygenierung von Myoglobin, konnte ich die Sauerstoffaufnahmeraten und Affinitäten der Opitutaceae zeigen. Diese Experimente haben gezeigt, dass sie Sauerstoff im nanomolaren Bereich aufnehmen können und sich den wechselnden Bedingungen in ihren temporär oder dauerhaft sauerstoffarmen Habitaten anpassen können. In einer früheren Studie, in der Metagenom-assemblierte Genome (MAGs) aus Termitendärmen assembliert wurden, wurden auch 90 MAGs von unkultivierten Verrucomicrobiota gewonnen, die meisten in der Ordnung Opitutales. In weiterführenden Experimenten konnte ich zeigen, dass sie mehrere tief verzweigte, termitenspezifische Linien mit reduzierten Genomen bilden, die mit Flagellaten im Termitendarm assoziiert sind. Fluoreszenz in situ Hybridisierung bestätigte, dass die Opitutales mit verschiedenen Flagellaten im Darm von niederen Termiten assoziiert sind. Funktionelle Genomanalysen zeigten, dass Opitutales diverse Gene ihres zentralen Kohlenstoff- und Energiestoffwechsels, als auch ihrer Cofaktor- und Aminosäurebiosynthese verloren haben. Die horizontale Aufnahme von ATP- und Zuckerphosphat-transportern bekräftigt, dass Flagellaten-assoziierte Opitutales obligat abhängig von Nährstoffen aus dem Cytoplasma ihrer Wirte sind und suggeriert eine potentiell parasitische Natur ihrer Symbiose.