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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

Dr. Liam Cassidy

Postdoktoranden, Alumni
Universität Kiel Institut für Experimentelle Medizin

Dr. Julia Johnke

Postdoktoranden, Assoziierte Nachwuchswissenschaftler
Universität Kiel Zoologisches Institut

Dr. Carola Petersen

Postdoktoranden, Assoziierte Nachwuchswissenschaftler
Universität Kiel Zoologisches Institut

Publikationen

2017

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

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