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Abstract

Mikroorganismen sind im Meer als zentrale Katalysatoren wichtiger biogeochemischer Kreisläufe unverzichtbar. So wird ein Großteil des durch Photosynthese in Mikroalgen fixierten Kohlendioxids bei deren Absterben durch heterotrophe Bakterien wieder freigesetzt. Die Wechselwirkungen von Phytoplankton und Bacterioplankton sind dabei komplex. Wir untersuchen seit vielen Jahren mit Kultivierung und kultivierungsunabhängigen Methoden das Mikrobiom der Deutschen Bucht in der südlichen Nordsee. Die vergleichende Sequenzierung phylogenetischer Marker, wie der 16S-rRNA-Gene, detektiert Tausende von Bakterienarten. Durch Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung und Metagenomsequenzierung konnten wir im Mikrobiom eine substratgetriebene Sukzession von Bakterien aus den Gruppen der Bacteroidetes und Gammaproteobacteria zeigen, die jedes Jahr vom Zusammenbruch der Frühjahrsalgenblüte induziert wird und sehr schnell die vor allem aus Polysacchariden bestehende Biomasse abbaut. Bei der Analyse der Bacteroidetes-Genome identifizierten wir polysaccharide utilization loci (PULs), die für die Bindung, den Transport und den Abbau von Polysacchariden, wie dem Laminarin, dem Speicherstoff der Diatomeen, kodieren. Vergleichende Genom- und Metagenomstudien zeigen jetzt, dass es einige wenige Arten von Bacteroidetes mit klar definierten PULs gibt, die sich auf die effiziente Verwertung der häufigen Algenpolysaccharide spezialisiert haben und deren Auftreten deterministischen Mustern folgt, wie wir sie auch aus Darmmikrobiomen kennen.