Dokument: Decoding symbiosis: Adaptive traits of Curvibacter within the Hydra holobiont
| Titel: | Decoding symbiosis: Adaptive traits of Curvibacter within the Hydra holobiont | |||||||
| Weiterer Titel: | Decoding symbiosis: Adaptive traits of Curvibacter within the Hydra holobiont | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=72418 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20260302-082822-0 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Becker, Lukas [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Axmann, Ilka [Gutachter] Prof. Dr. Fraune, Sebastian [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Symbiotische Assoziationen sind in allen Domänen des Lebens weit verbreitet. Sie haben wesentliche Auswirkungen auf die Ökologie, Evolution und Physiologie von Organismen. Sie beeinflussen die natürliche Entwicklung von Ökosystemen und haben einen entscheidenden Einfluss auf deren ökologische Stabilität. Um die treibenden Kräfte symbiotischer Assoziationen besser zu verstehen, habe ich das Hydra-Holobionten-Modellsystem untersucht, mit besonderem Schwerpunkt auf dem bakteriellen Symbiont Curvibacter.
Um die symbioseassoziierten Merkmale von Curvibacter zu analysieren, verglich ich wirtsassoziierte Genome mit Genomen freilebender Curvibacter-Arten. Innerhalb der resultierenden wirtsassoziierten genetischen Merkmale identifizierte ich Gene, die mit Funktionen annotiert waren, welche auf die Produktion extrazellulärer polymerer Substanzen hindeuten. Mithilfe bioanalytischer und mikrobiologischer Methoden konnte ich zeigen, dass Curvibacter zuckerhaltige polymere Substanzen sezerniert. Darüber hinaus zeigte ein gezielter Gen-Knockout-Ansatz in Curvibacter, dass diese Gene die Monosaccharidhäufigkeit der sezernierten polymeren Substanzen, das bakterielle Wachstumsverhalten und die Wiederbesiedlungseffizienz in Hydra beeinflussen. Diese Ergebnisse unterstreichen die entscheidende Rolle dieser Makromoleküle in der Hydra-Curvibacter-Symbiose. Um symbiosenassoziierte genetische Merkmale weiter zu untersuchen, analysierte ich öffentlich zugängliche Transkriptomdaten von Curvibacter und führte Gensatzanreicherungsanalysen durch. Diese Analyse ergab, dass Transporterproteine im symbiotischen Curvibacter erhalten bleiben und bei der Wirtsbesiedlung differenziell reguliert werden. Unabhängig davon führte ich Wachstumsexperimente in definierten Medien durch, um die Nährstoffabhängigkeit zu untersuchen. Dies führte zur Identifizierung einer Vitamin-B12-abhängigen Aminosäure-Auxotrophie für Methionin in Curvibacter. Da Curvibacter in Verbindung mit Hydra ohne externe Methioninzufuhr proliferieren kann, unterstreichen diese Ergebnisse die wichtige Rolle von Methionin in dieser symbiotischen Beziehung. Genetische Analysen beinhalten üblicherweise den Vergleich biologischer Sequenzen unbekannter Funktion mit Sequenzen bekannter Funktion. Diese bioinformatischen Analyseschritte ähneln sich oft bei verschiedenen Forschungsfragen und eignen sich daher ideal zur Rationalisierung. Aus diesem Grund habe ich ein Softwaretool entwickelt, das eine bioinformatische Pipeline zur Identifizierung orthologer Sequenzen in benutzerdefinierten Datenbanken betreibt. Das Tool bietet eine benutzerfreundliche Weboberfläche und dynamische Nachbearbeitungsplattformen für die detaillierte Analyse relevanter Sequenzen. Bisher sind mikrobiologische Methoden für Curvibacter limitiert. In einem experimentellen Hochdurchsatzverfahren extrahierten wir mutmaßliche endogene Promotorsequenzen aus Curvibacter und analysierten deren Aktivität durch Zellsortierung und Wachstumsexperimente. Mit diesem Ansatz wurden mehrere neue Expressionssysteme für Curvibacter identifiziert. Darüber hinaus ermöglicht das entwickelte Verfahren die Analyse der Genaktivität in verschiedenen Versuchsanordnungen, ohne dass ein transkriptomisches Profiling erforderlich ist.Symbiotic associations are widespread across all domains of life. These associations exert essential effects on ecology, evolution and physiology of organisms. They impact the natural development of ecosystems and have a decisive influence on their ecological stability. To gain a better understanding of the driving forces of symbiotic associations, I studied the Hydra holobiont model system, with a particular focus on the bacterial symbiont Curvibacter. To analyze the symbiosis-associated traits of Curvibacter, I compared host-associated genomes with genomes of free-living Curvibacter species. Within the resulting host-associated genetic traits, I identified genes annotated with functions indicative of the production of extracellular polymeric substances. Using bioanalytical and microbiological methods, I was able to show that Curvibacter secretes polymeric substances containing sugar. Furthermore, a targeted gene knockout approach in Curvibacter revealed that these genes influence the monosaccharide abundance of the secreted polymeric substances, the bacterial growth behavior and the recolonization efficiency in Hydra. These results highlight the crucial role of these macromolecules in the Hydra-Curvibacter symbiosis. To further investigate symbiosis-associated genetic traits, I analyzed publicly available Curvibacter transcriptomic data and conducted gene set enrichment analyses. This analysis revealed that transporter proteins are retained in symbiotic Curvibacter and are differentially regulated upon host colonization. Separately, I performed growth experiments in defined media to investigate nutrient dependencies. This led to the identification of a vitamin B12-dependent amino acid auxotrophy for methionine in Curvibacter. Since Curvibacter can proliferate in association with Hydra without external methionine supplementation, these findings emphasize the important role of methionine in this symbiotic relationship. Genetic analysis usually involves comparing biological sequences of unknown function with sequences of known function. These bioinformatic analysis steps are often similar across different research questions and are therefore ideal for streamlining. For this reason, I have developed a software tool to run a bioinformatics pipeline to identify orthologous sequences within user-defined databases. The tool provides a user-friendly web interface and dynamic post-processing platforms for detailed analysis of sequences of interest. To date, microbiological methods for Curvibacter are limited. In a high-throughput experimental workflow, we extracted putative endogenous promoter sequences from Curvibacter and analyzed their activity through cell sorting and growth experiments. Using this approach, several new expression systems for Curvibacter were identified. In addition, the developed workflow enables the analysis of gene activity across diverse experimental setups without requiring transcriptomic profiling. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 02.03.2026 | |||||||
| Dateien geändert am: | 02.03.2026 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 20.05.2025 | |||||||
| Datum der Promotion: | 05.11.2025 |
