Vom Genotyp zum Phänotyp – Phaeobacter inhibens DSM 17395 unter Berücksichtigung der extrachromosomalen Elemente : Phänotypisches MicroArray und Auswertungsmethoden

Roesky, Nora

Das Meeresbakterium Phaeobacter inhibens DSM 17395, ehemals Phaeobacter gallaeciensis, gehört der Roseobacter-Klade an und wurde, ausgehend vom Genotyp – einem Chromosom und drei extrachromosomale Elementen - auf seinen Phänotyp hin untersucht. Die extrachromosomalen Elemente, ehemals Plasmide, sind als Chromide klassifiziert. Die extrachromosomalen Elemente von unterschiedlichen Spezies innerhalb der Roseobacter-Klade wurden zunächst bezüglich ihrer Bedeutung für eine Biofilmbildung genotypisch untersucht und phänotypisch mittels Biofilmassays getestet. Für Phaeobacter inhibens DSM 17395 und drei Chromid-Mutanten des Bakteriums: (1) ohne das 262 kb-Chromid, (2) ohne das 65 kb-Chromid sowie (3) der Doppelmutante ohne das 262 kb- und das 65 kb-Chromid, wurde die phänotypischen MicroArray-Technik (PM) der Fa. Biolog angewendet. Das phänotypische MicroArray konnte durch die Wahl der Chromid-Mutanten mit einer Diskriminanzanalyse ausgewertet werden, so dass Rückschlüsse auf die Bedeutung der Chromide für die Biofilmbildung, den Stoffwechsel und die Toleranz gegenüber unterschiedlicher Chemikalien möglich waren. Ein Ergebnis war die auffallende geno- und phänotypische Relevanz des großen und besonders des kleinen Chromids von P. inhibens DSM 17395 für die Fähigkeit zur Biofilmbildung. Sogar innerhalb der Roseobacter-Klade sticht diese Charakteristik des Bakteriums heraus. Durch die Verwendung des phänotypischen MicroArrays konnten weitere Erkenntnisse über primäre und sekundäre Stoffwechselwege gewonnen werden. Dazu gehörten Stoffwechselprozesse des Entner-Doudoroff-Wegs oder des Citrat-Zyklus, sowie neue Erkenntnisse im Rahmen von Gärungs- und Verwesungsprozessen. Die Untersuchung der Chemikalien, die auf Grund der genetischen Information der Chromide toleriert wurden, ergab ein breites Spektrum von 164 unterschiedlichen Substanzen. Neben zahlreichen Chromid-kodierten Multidrogen- und Pheromontransportern, kodieren auch Chromid-lokalisierte Regulatoren sowie multiple Antibiotikaresistenz-Regulatoren im Genom. Diese Genomsequenzen könnten maßgeblich für das Toleranzverhalten des Meeresbakteriums gegenüber den zahlreichen Chemikalien verantwortlich sein. Zu fast allen Chemikalien gibt es bereits Studien, die eine Präsenz der häufig toxischen Substrate in unterschiedlichen Teilen der Weltmeere nachweisen, so dass eine Toleranzentwicklung gegenüber der Vielfalt an Chemikalien für das Überleben des Meeresbakteriums relevant erscheint.

The marine bacterium Phaeobacter inhibens DSM 17395, formerly Phaeobacter gallaeciensis, belongs to the Roseobacter clade and was analysed regarding its genotype – consisting of the chromosome and three extrachromosomal elements – and phenotype. The extrachromosomal elements are classified as chromids, formerly plasmids. First, the extrachromosomal elements of different species within the Roseobacter clade were genotypically studied regarding their significance for the formation of biofilms and phenotypically tested via biofilmassays. Second, the phenotypical MicroArray (PM) technique (Biolog Inc.) was applied for evaluating Phaeobacter inhibens DSM 17395 and its three chromid-mutants: (1) without the 262 kb chromid, (2) without the 65 kb chromid as well as (3) the double-mutant without the 262 kb and the 65 kb chromid. Third, the evaluation of the PM was conducted by means of a discriminant analysis through the selection of chromid mutants. Thus, it was possible to draw conclusions regarding the importance of the chromids for biofilm formation, the metabolism and the tolerance against different chemicals. One finding was the noticeable geno- and phenotypical relevance of the biggest and especially the smallest chromid for biofilm formation as a prominent characteristic of P. inhibens DSM 17395, even within the Roseobacter clade. Further findings regarding the primary and secondary metabolism pathways were made using the PM technique. This includes metabolism pathways like the Entner-Doudoroff-pathway or the citric acid cycle, as well as new findings regarding the fermentation and degradation processes. The chemicals tolerated due to the genetic information of the chromids yielded a broad spectrum of 164 different substances. Numerous chromid coding multidrug- and pheromone transporter, chromid localized regulators as well as multiple antibiotic resistant regulators are encoded in the genome. These genome sequences may be responsible for the tolerance of the marine bacterium towards the numerous chemical substances. Studies regarding nearly all tested chemicals as well as pharmaceutical substances have been conducted and prove the presence of the often toxic substrates in different parts of the oceans. Therefore a drug tolerance seems to be important for the survival of the marine bacterium.

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Roesky, Nora: Vom Genotyp zum Phänotyp – Phaeobacter inhibens DSM 17395 unter Berücksichtigung der extrachromosomalen Elemente. Phänotypisches MicroArray und Auswertungsmethoden. 2018.

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