GenoMik-Kompetenznetzwerk: AgriUmweltGenoMik und MetabolitGenoMik
03.04.2013 -
Seit dem Start des Netzwerkes im Jahr 2001 widmet es sich ausgesuchten Bakterien, die für den Umweltschutz, die Landwirtschaft und die Biotechnologie interessante Eigenschaften aufweisen. Mithilfe der Genomforschung und genetischen Entschlüsselung dieser Mikroorganismen wollen die beteiligten Forscher unter der Leitung der Universität Bielefeld das Potenzial vollständig erfassen und gezielt auf bestimmte Anwendungen hin analysieren.
Das Kompetenznetz "Genomforschung an Bakterien für den Umweltschutz, die Landwirtschaft und die Biotechnologie" ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes Netzwerk, das sich mit bakterieller Genomforschung beschäftigt. Es wird von der Universität Bielefeld koordiniert. Die Netzwerkpartner stammen aus insgesamt 12 Universitäten, 3 Forschungseinrichtungen und 2 Industrieunternehmen, die sich auf neun Bundesländer verteilen.
Das Kompetenznetz hat sich dabei der interdisziplinären Forschungsarbeit verschrieben und bündeln auf den Gebieten Landwirtschaft, Umweltschutz und Biotechnologie die Fachrichtungen Bioinformatik, Biotechnologie, Genetik, Mikrobiologie, Biochemie, Molekularbiologie und Naturstoffchemie. Hauptaufgabe des Netzwerkes ist es, die bakterielle Genomforschung auf den Gebieten Umweltschutz, Landwirtschaft und Biotechnologie wissenschaftlich voranzubringen und die Ergebnisse einer wirtschaftlichen Nutzung zuzuführen. Aus diesem Grund hat sich das Netzwerk bisher inhaltlich in die drei Verbünde Landwirtschaft, Umweltschutz und Biotechnologie gegliedert. Im Verbund Landwirtschaft sind die beiden Cluster Pflanzenwuchsfördernde Bakterien und Pflanzenwuchsschädigende Bakterien angesiedelt. Der Verbund Umweltschutz beinhaltet das Cluster Schadstoffabbauende Bakterien. Der Verbund Biotechnologie setzt sich aus den drei Clustern Corynebakterien, Streptomyceten und Myxobakterien zusammen.
Verbund Landwirtschaft:
Im Cluster Pflanzenwuchsfördernde Bakterien werden die Genome der Luftstickstoff-fixierenden Bakterien Azoarcus sp., Sinorhizobium meliloti und Bradyrhizobium japonicum bearbeitet. Zukunftsweisend bei Stickstoff-fixierenden Bakterien ist dabei die Genomsequenzierung von Azoarcus sp., da dieses Bakterium bei wichtigen Nutzpflanzen wie Reis pflanzenwuchsfördernd wirkt. Seine Genomsequenz liegt bereits vor. Für die symbiontisch Stickstoff-fixierenden Bakterien S. meliloti und B. japonicum sind Postgenomanalysen, d. h. Transkriptom- und Proteomanalysen geplant. Im Vordergrund steht dabei, das Expressionsverhalten von ausgewählten Genen im freilebenden Zustand und in planta zu analysieren. Im Cluster Pflanzenwuchsschädigende Bakterien werden die phytopathogenen Bakterien Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis und Xanthomonas campestris pathovare campestris und vesicatoria analysiert. Hierbei liegt das Hauptaugenmerk auf den unterschiedlichen Wirtsbereichen der Pathovare campestris und vesicatoria und dem Infektionsprozess des Gram-positiven C. michiganensis subsp. michiganensis. Die genannten pflanzenwuchsschädigenden Bakterien sind weltweit für enorme Ernteausfälle verantwortlich. Das Verständnis des pathogenen Potentials kann einen Beitrag zur Entwicklung spezifisch wirkender Agrochemikalien leisten. Das Genom von Xanthomonas campestris pv. vesicatoria liegt ebenfalls bereits entschlüsselt vor.
Verbund Umweltschutz:
Für das Cluster Schadstoffabbauende Bakterien wurde das schadstoffabbauende marine Bakterium Alcanivorax borkumensis ausgewählt, dessen komplette Genomstruktur Ende Juli im Fachmagazin Nature Biotechnology vorgestellt wurde. Von besonderem Interesse ist hierbei die Fähigkeit dieses Organismus, Öl als Energiequelle zum Wachstum zu nutzen. Damit besitzt dieses Bakterium großes Potential für die biologische Sanierung Kohlenwasserstoff-kontaminierter mariner Habitate.
Verbund Biotechnologie:
Die drei Cluster des Verbundes Biotechnologie sind gemäß der ausgewählten Bakteriengattungen von biotechnologischer Relevanz, d.h.Corynebacterium glutamicum, Bakterien der Gattung Streptomyces sowie des Myxobakteriums Sorrangium cellulosum strukturiert. Für C. glutamicum, einem Organismus der seit langer Zeit zur fermenatitiven Gewinnung von Aminosäuren genutzt wird, sind genomweite Transkriptomanalysen geplant, die dazu dienen sollen, den Fermentationsprozess zu optimieren. Bei Streptomyceten, die seit langem als Antibiotikaproduzenten bekannt sind, sollen durch die Kombination von Sekundärmetabolit-Biosynthesewegen, neue Antibiotika erzeugt werden. Durch Sequenzierung des ca. 13 Mb-großen Genoms von S. cellulosum sollen schließlich Informationen über dessen Biosyntheseleistung von Sekundärmetaboliten als auch über dessen quasi-sozialen Verhalten erworben werden. Von besonderem Interesse ist hierbei, dass S. cellulosum ein potentes Cytostatikum, Epothilon, produziert, das die Zellteilung hemmen kann und sich zurzeit bereits in der Phase der klinischen Prüfung befindet.
Alle für die Genom- und Postgenomforschung ausgewählten Bakterien im Kompetenznetzwerk verfügen über Biosyntheseleistungen, die in den Bereichen Umwelt, Medizin und Biotechnolgie anwendungsortientiert genutzt werden können. Seit Sommer 2006 wird dies im Rahmen der Förderung durch das GenoMikPlus-Programm weiter fortgeführt. Dabei wird das Kompetenznetzwerk anders strukturiert. Aus den Verbünden Landwirtschaft und Umweltschutz wird das Netzwerk "AgriUmweltGenoMik". Der Verbund Biotechnologie wurde in "MetabolitGenoMik" umbenannt und in die Forschungsrichtungen Primär- und Sekundärmetabolite aufgegliedert. In letzterem soll dabei nun aufbauend auf der entschlüsselten Genomsequenz von Sorangium cellulosum beispielsweise die Produktion von krebshemmenden Substanzen in größerer Menge und besserer Qualität ermöglicht werden. Dafür will eine Forschungsgruppe die Gene des Mikroorganismus nun detailliert charakterisieren und mithilfe gezielter genetischer Manipulation effiziente Produzenten entwickeln.
Finanziell wurde das Kompetenznetzwerk bei seiner Gründung durch das BMBF und die Landesregierung Nordrhein-Westfalen mit 11 Millionen Euro ausgestattet. Im Juli 2006 hat es vom BMBF im Rahmen des Programms GenoMikPlus nochmals eine Zusage über eine Förderung in Höhe von sieben Millionen Euro erhalten.
Koordination:
Prof. Dr. Alfred Pühler
Universität Bielefeld
Fakultät für Biologie
Lehrstuhl für Genetik
