Ungeahnte Komplexität bakterieller Genome aufgedeckt

Agroscope-Forschende haben ein besonders schwer zu knackendes Bakterien-Genom entschlüsselt und die Komplexität der Erbinformation von nahezu 10’000 Bakterien veröffentlicht. Solches Wissen ermöglicht es unter anderem, die Wirkmechanismen von Mikroorganismen zu erforschen, um damit Erreger von Pflanzenkrankheiten zu hemmen.

Das Erbgut von Bakterien zu entschlüsseln ist ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, welche vielfältigen Funktionen diese Mikroorganismen ausüben können. Beispielsweise lässt sich so herausfinden, gegen welche Antibiotika ein bestimmtes Bakterium resistent ist oder welche Faktoren dazu beitragen können, Krankheitserreger von Pflanzen zu bekämpfen. Solche für Agroscope hochrelevanten Informationen wurden im Rahmen des Forschungsprogramms Mikrobielle Biodiversität (MikBioDiv) untersucht.

Nun ist es dem Team von Christian Ahrens, Bioinformatiker bei Agroscope und Mitglied des Swiss Institute of Bioinformatics, gelungen, die ungeahnte Komplexität bakterieller Genome aufzudecken. Dies ermöglicht es Forschenden, die bestmögliche Strategie zu wählen, um selbst die Genome von Bakterien mit sehr komplexem Erbgut komplett zu entschlüsseln. Beim untersuchten Bakterium Pseudomonas koreensis erschwerten sehr lange, nahezu identische Sequenzwiederholungen (sogenannte Repeats) eine vollständige Entschlüsselung. Letztendlich gelang es dem Agroscope-Team, das vollständige Erbgut mit Hilfe von sehr langen Sequenzen zu bestimmen, die es vor Ort mit der neuen Oxford-Nanoporentechnologie generiert hat. Entgegen der gängigen Meinung, dass solche Repeats nicht von Bedeutung sind bzw. keine wichtigen Gene enthalten, fanden die Forscher in diesem Fall mehrere Kopien von Genen, die dem Bakterium einen Vorteil für das Überleben auf Pflanzenoberflächen bieten.

Zusätzlich haben die Fachleute Analysen des Erbguts von fast 10’000 Bakterien frei verfügbar gemacht. Diese zeigen, dass ungefähr drei Prozent aller bakteriellen Genome sehr komplex sind. Zudem liess die verwendete Sequenzierungstechnologie Rückschlüsse darüber zu, dass einige dieser Genome nicht vollständig entschlüsselt sind und noch Fehler enthalten.
Der Ansatz kommt aktuell auch einer Zusammenarbeit mit dem FiBL zugute, bei der einzelne, aus Kompostmikrobiomen isolierte Mikroorganismen vollständig sequenziert werden. Die Forscher wollen nachfolgend untersuchen, welche Wirkmechanismen es den Mikroorganismen erlauben, Schaderreger zu hemmen, die Pflanzenkrankheiten auslösen. Dieses Projekt und die Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe Phytopathologie von Agroscope liefern auch wichtige Beiträge zum Nationalen Aktionsplan Pflanzenschutz.

Die Analyse wird derzeit noch verfeinert, um das Methoden-Portfolio des Teams im zukunftsträchtigen Forschungsbereich «Funktionelle Genomik» weiter zu stärken. Sie soll dazu beitragen, Aspekte der Grundlagenforschung vermehrt in die angewandte Praxis zu übertragen, wie zum Beispiel eine gezieltere Nutzung von Mikrobiomen.