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MARUM MPG Brückengruppe Marine Glykobiologie

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Gruppenleiter

MPI für Marine Mikrobiologie
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Überblick

Polysaccharide von Algen sind ein wichtiger Bestandteil des marinen Kohlenstoffkreislaufes und der sogenannten biologischen Kohlenstoffpumpe. Die meisten marinen Polysaccharide werden durch Mikroalgen an der Oberfläche synthetisiert. Dabei sind sie so produktiv wie alle Landpflanzen zusammen, obwohl sie nur etwa 1-2% der marinen Biomasse ausmachen.

Diese starke Produktion wird durch ein intensives Wachstum bei gleichzeitig nur kurzer Lebensdauer verursacht. Mikroalgen leben schnell und sterben jung (Wochen) im Vergleich zu Landpflanzen (Jahre). Während ihres Wachstums und nach ihrem Tod scheiden Mikroalgen viele anionische Polysaccharide aus. Von ihnen ist bekannt, dass sie sich spontan zu Partikeln aggregieren, welche schneller durch die Wassersäule sinken und Kohlenstoff in tiefere Wasserschichten einbringen können (die biologische Pumpe).

Bakterien besiedeln diese Partikel und verwenden Enzyme, um Polysaccharide zu recyceln, was zu intensivem Bakterienwachstum und der Auflösung der Partikel führt. Auf diese Weise kann das Wechselspiel zwischen Partikelbildung und Auflösung die biologische Pumpe regulieren und auf diese Weise auch bestimmen, wie viel Kohlenstoff in den Ozeanen gespeichert wird.

Trotz der Relevanz dieses Prozesses bleiben die Strukturen von den Polysacchariden der Algen und deren Wiederverwertung durch marine Mikroben ein Rätsel. Um diese Black Box des marinen Kohlenstoffkreislaufs besser zu verstehen, untersuchen wir unter anderem die funktionelle Evolution der bakteriellen Maschinen, der Enzyme, und wie sie Algenpolysaccharide im Ozean verarbeiten.

Weitere Informationen zu unserer Forschung finden Sie hier.

Informationen zu den Mitgliedern der MARUM MPG Brückengruppe Marine Glykobiologie finden Sie hier.

Neuigkeiten

März 2021: Heisenberg Professur für Jan-Hendrik Hehemann vom Fachbereich für Biologie und Chemie

November 2020: Wir freuen uns Nguyen P. Nguyen als Doktorandin in unserer Gruppe begrüßen zu dürfen!

Ausgewählte Veröffentlichungen

Dittmar, T., Lennartz, S.T., Buck-Wiese, H. et al. Enigmatic persistence of dissolved organic matter in the ocean. Nat Rev Earth Environ 2, 570–583 (2021). https://doi.org/10.1038/s43017-021-00183-7

Vidal-Melgosa, S., Sichert, A., Francis, T.B. et al. Diatom fucan polysaccharide precipitates carbon during algal blooms. Nat Commun 12, 1150 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-21009-6

C. Arnosti, M. Wietz, T. Brinkhoff et al. The Biogeochemistry of Marine Polysaccharides: Sources, Inventories, and Bacterial Drivers of the Carbohydrate Cycle Annu Rev Mar Sci 13:1, 81-108 (2021) https://doi.org/10.1146/annurev-marine-032020-012810

Sichert, A., Corzett, C.H., Schechter, M.S. et al. Verrucomicrobia use hundreds of enzymes to digest the algal polysaccharide fucoidan. Nat Microbiol 5, 1026–1039 (2020). https://doi.org/10.1038/s41564-020-0720-2

Buck-Wiese, H., Fanuel, M., Liebeke, M. et al. Discrimination of β-1,4- and β-1,3-Linkages in Native Oligosaccharides via Charge Transfer Dissociation Mass Spectrometry. J Am Soc Mass Spectrom 31 (6), 1249-1259 (2020). https://doi.org/10.1021/jasms.0c00087

Becker, S., Tebben, J., Coffinet, S. et al. Laminarin is a major molecule in the marine carbon cycle. Proc Natl Acad Sci USA 117 (12), 6599-6607 (2020). https://doi.org/10.1073/pnas.1917001117

Reisky, L., Préchoux, A., Zühlke, MK. et al. A marine bacterial enzymatic cascade degrades the algal polysaccharide ulvan. Nat Chem Biol 15, 803–812 (2019). https://doi.org/10.1038/s41589-019-0311-9

Hehemann, JH., Reintjes, G., Klassen, L. et al. Single cell fluorescence imaging of glycan uptake by intestinal bacteria. ISME J 13, 1883–1889 (2019). https://doi.org/10.1038/s41396-019-0406-z

Robb, C. S., Reisky, L., Bornscheuer, U. T., Hehemann, J.-H. Specificity and mechanism of carbohydrate demethylation by cytochrome P450 monooxygenases. Biochem J 475 (23), 3875–3886 (2018). https://doi.org/10.1042/BCJ20180762

Mystkowska, A.A., Robb, C., Vidal‐Melgosa, S., Vanni, C., Fernandez‐Guerra, A., Höhne, M., Hehemann, J.‐H. Molecular recognition of the beta‐glucans laminarin and pustulan by a SusD‐like glycan‐binding protein of a marine Bacteroidetes. FEBS J 285, 4465-4481 (2018). https://doi.org/10.1111/febs.14674

Steffen und Soeren bereiten an Deck der Poseidon eine Kamera vor, die Unterwasseraufnahmen von Zooplankton und Partikeln macht. (© Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)

Gespannte Gesichter während das erste Tiefenprofil von der CTD auf dem Bildschirm erscheint. (© Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)

Phytoplankton (oder Mikroalgen) im Kanaren-Auftriebsgebiet. (© Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)

Letzte Absprache in der Messe zwischen den Wissenschaftlern, bevor die erste Station erreicht wird (© Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)