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Molekulare Grundlage und evolutionäre Dynamik der C. elegans-Mikrobiota Interaktionen

Der Modell-Nematode Caenorhabditis elegans ist unter natürlichen Bedingungen mit einer ausgeprägten mikrobiellen Gemeinschaft assoziiert. Dennoch ist die Rolle der Wurmmikrobiota für den Lebenszyklus und die evolutionäre Fitness weitgehend unerforscht. Dieses Kooperationsprojekt zielt darauf ab, ein ganzheitliches Verständnis von C. elegans Mikrobiota-Interaktionen durch folgende Vorhaben zu erlangen:
(i) Sezieren des Einflusses der Mikrobiota bei der Vermittlung der evolutionären Anpassung an Umweltstress mittels experimenteller Evolution;
(ii) Analyse der zugrunde liegenden Genetik von C. elegans-Mikrobiota-Wechselwirkungen durch QTL-Analyse, Transkriptomik und funktionelle genetische Manipulation;
(iii) Beurteilung der besonderen Rolle von bioaktiven Peptiden und hydrolytischen Enzymen bei der Gestaltung der mikrobiellen Assoziationen des Nematoden unter Verwendung genetischer und Protein-Level-Analysen;
(iv) Charakterisierung der proteomischen Basis der Interaktion mit Hilfe modernster Proteomanalysetechniken.

Die Arbeit basiert auf mehreren Vorteilen des Nematoden als experimentelles System, einschließlich der Möglichkeit der Herstellung von sterilen Nematoden durch Routineverfahren kombiniert mit kontrollierten Reinfektionsexperimenten. Aufgrund ihrer kurzen Generationszeit und ihrer Kryokonservierung für spätere Analysen, ermöglichen Nematoden eine effiziente Durchführung von Evolutionsexperimenten. Darüber hinaus erleichtert eine vielseitige Toolbox für genetische Manipulation und umfassende Genomdatenbanken die übergreifende „Omics“-Analyse von C. elegans-Mikrobiota–Wechselwirkungen.

Insgesamt ist unser Projekt einzigartig, indem es komplementäre Studienansätze und ein hocheffizientes experimentelles Modellsystem einsetzt, um eine ganzheitliche Betrachtung von Wirt–Mikrobiota–Interaktionen, die damit verbundene evolutionäre Dynamik, sowie die zugrunde liegenden Prozesse auf genomischen, genetischen, transkriptomischen, proteomischen und auch biochemischen Ebenen, zu ermöglichen.

Wissenschaftler

Alumni

Publikationen

2019

FeaturedThe functional repertoire contained within the native microbiota of the model nematode Caenorhabditis elegans

Zimmermann J, Obeng N, Yang W, Pees B, Petersen C, Waschina S, Kissoyan KAB, Aidley J, Hoeppner MP, Bunk B, Spröer C, Leippe M, Dierking K, Kaleta C*, Schulenburg H* (2019) The ISME Journal. 1-13. * Shared senior authorship  doi: 10.1038/s41396-019-0504-y

The inducible response of the nematode Caenorhabditis elegans to members of its natural microbiome across development and adult life

Yang W#, Petersen C#, Pees B#, Zimmermann J, Waschina S, Dirksen P, Rosenstiel P, Tholey A, Leippe M, Dierking K, Kaleta C*, Schulenburg H*.  Front Microbiol. 10:1793. # Equal contribution as first authors, * Equal contribution as senior authors doi: 10.3389/fmicb.2019.01793.

aFold – using polynomial uncertainty modelling for differential gene expression estimation from RNA sequencing data

Yang W, Rosenstiel P, Schulenburg H (2019) BMC Genomics, 20:364, 1-17. doi: 10.1186/s12864-019-5686-1

A multi-parent recombinant inbred line population of C. elegans allows identification of novel QTLs for complex life-history traits

Snoek BL, Volkers RJM, Nijveen H, Petersen C, Dirksen P, Sterken MG, Nakad R, Riksen J, Rosenstiel P, Stastna JJ, Braeckman BP, Harvey SC, Schulenburg H*, Kammenga JE* (2019) BMC Biol. 17:24. * Shared senior authorship doi: 10.1186/s12915-019-0642-8

FeaturedNatural C. elegans microbiota protects against infection via production of a cyclic lipopeptide of the viscosin group

Kohar Kissoyan, Moritz Drechsler, Eva-Lena Stange, Johannes Zimmermann, Christoph Kaleta, Helge Bode und Katja Dierking (2019)  Current Biology. DOI: 10.1016/j.cub.2019.01.050

2018

The Saposin-Like Protein AplD Displays Pore-Forming Activity and Participates in Defense Against Bacterial Infection During a Multicellular Stage of Dictyostelium discoideum.

Dhakshinamoorthy R, Bitzhenner M, Cosson P, Soldati T, Leippe M (2018); Front. Cell. Infect. Microbiol., 8:73. doi: 10.3389/fcimb.2018.00073

The Caenorhabditis elegans proteome response to naturally associated microbiome members of the genus Ochrobactrum

Cassidy L, Petersen C, Treitz C, Dierking K, Schulenburg H, Leippe M, Tholey A (2018); Proteomics, doi: 10.1002/pmic.201700426

Miniaturized dispersive liquid-liquid microextraction and MALDI MS using ionic liquid matrices for the detection of bacterial communication molecules and virulence factors.

Leipert J, Bobis I, Schubert S, Fickenscher H, Leippe M, Tholey A (2018); Anal Bioanal Chem. , pp 1–12. doi: 10.1007/s00216-018-0937-6

Metaorganisms in extreme environments: do microbes play a role in organismal adaptation?

Bang C, Dagan T, Deines P, Dubilier N, Duschl W J, Fraune S, Hentschel U, Hirt H, Hülter N, Lachnit T, Picazo D, Galan P L, Pogoreutz C, Rädecker N, Saad M M, Schmitz R A, Schulenburg H, Voolstra C R, Weiland-Bräuer N, Ziegler M, Bosch T C G (2018); Zoology, doi: 10.1016/j.zool.2018.02.004

2017

We Are Not Alone: The iMOP Initiative and Its Roles in a Biology- and Disease-Driven Human Proteome Project.

Tholey A, Taylor N L, Heazlewood J L, Bendixen E (2017); J Proteome Res., 16(12):4273-4280. doi: 10.1021/acs.jproteome.7b00408

Insights into Microalga and Bacteria Interactions of Selected Phycosphere Biofilms Using Metagenomic, Transcriptomic, and Proteomic Approaches.

Krohn-Molt I, Alawi M, Förstner K U, Wiegandt A, Burkhardt L, Indenbirken D, Thieß M, Grundhoff A, Kehr J, Tholey A, Streit W R (2017); Front Microbiol., doi: 10.3389/fmicb.2017.01941

Identification and Quantification of N-Acyl Homoserine Lactones Involved in Bacterial Communication by Small-Scale Synthesis of Internal Standards and Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry.

Leipert J, Treitz C, Leippe M, Tholey A (2017); J Am Soc Mass Spectrom., 28(12):2538-2547. doi: 10.1007/s13361-017-1777-x

The Natural Biotic Environment of Caenorhabditis elegans.

Schulenburg H, Félix M A (2017); Genetics., 206(1):55-86. doi: 10.1534/genetics.116.195511

Caenorhabditis elegans as a model for microbiome research.

Zhang F, Berg M, Dierking K, Félix M A, Shapira M, Samuel B, Schulenburg H (2017); Front. Microbiol., 8:485. doi: 10.3389/fmicb.2017.00485

FeaturedEfficacy of Sterile Fecal Filtrate Transfer for Treating Patients With Clostridium difficile Infection. Gastroenterology.

Ott S J, Waetzig G H, Rehman A, Moltzau-Anderson J, Bharti R, Grasis J A, Cassidy L, Tholey A, Fickenscher H, Seegert D, Rosenstiel P, Schreiber S (2017); Gastroenterology, 152(4):799-811.e7. doi: 10.1053/j.gastro.2016.11.010

2016

Differential quantitative proteome analysis of Escherichia coli grown on acetate versus glucose.

Treitz C, Enjalbert B, Portais J C, Letisse F, Tholey A (2016); Proteomics., 16(21):2742-2746. doi: 10.1002/pmic.201600303

Combination of Bottom-up 2D-LC-MS and Semi-top-down GelFree-LC-MS Enhances Coverage of Proteome and Low Molecular Weight Short Open Reading Frame Encoded Peptides of the Archaeon Methanosarcina mazei.

Cassidy L, Prasse D, Linke D, Schmitz R A, Tholey A (2016)
J Proteome Res., 15(10):3773-3783. doi: 10.1021/acs.jproteome.6b00569

Antimicrobial effectors in the nematode C. elegans – an outgroup to the Arthropoda.

Dierking K, Yang W, Schulenburg H (2016); Phil Trans R Soc Lond B., 371. doi:

The native microbiome of the nematode Caenorhabditis elegans: Gateway to a new host-microbiome model.

Dirksen P, Marsh SA, Braker I, Heitland N, Wagner S, Nakad R, Mader S, Petersen C, Kowallik V, Rosenstiel P C, Felix M A, Schulenburg H (2016); BMC Biology, 14:38. doi:10.1186/s12915-016-0258-1