Jahresbericht 2018-2019

Lehrstuhl für Instrumentelle Analytik / Bioorganische Analytik Prof. Dr. Georg Pohnert Forschungsschwerpunkte  Chemische Ökologie von marinen Lebensgemeinschaften mit Schwerpunkt auf Plankton- und Biofilm-Interaktionen  Methodenentwicklung zur Metabolomuntersuchung von komplexen mikrobiellen Gemeinschaften. Metabolomics zur Beantwortung von chemisch-ökologischen Fragestellungen und zur Identifizierung von Signalmolekülen in biologischen Interaktionen  Einzelzellanalytik von Mikroalgen in ihrem ökologischen Kontext und Verschränkung der analytischen Ergebnisse mit Verhaltensstudien in Biofilmen  Morphogenese und multilaterale Interaktionen in der Makroalgenentwicklung Abb. 1. DMSOP — ein neuer zwitterionischer Metabolit von Mirkoalgen und Bakterien ist ein bisher nicht erkanntes Bindeglied im marinen Schwefelkreislauf. Da Mikroalgen im Plankton in unglaublichen Mengen vorhanden sind und fast die Hälfte der globalen Photosynthese beitragen, sind sie auch Schlüsselspieler in globalen Stoffkreisläufen. Die Entdeckung von neuen Stoffwechselwegen in planktonischen Algen hat somit direkte Konse- quenzen für unser Verständnis von globalen Pro- zessen. Das konnten wir eindrucksvoll für den Schwefelkreislauf zeigen [1]. Viele einzellige Al- gen aber auch Bakterien, die ebenfalls im Plank- ton im Meer dominieren, produzieren die bislang Der Metabolismus von Einzellern hat Konsequenzen für globale Stoffkreisläufe unbekannte Schwefelverbindung Dimethylsul- foxoniumpropionat (DMSOP) in gigantischen Mengen von mehreren Teragramm jährlich (Abb. 1). Schwefel findet sich in ganz unterschiedlichen Verbindungen überall auf der Erde und für mari- ne Prozesse gibt es einen allgemein bekannten Kreislauf, bei dem Sulfat durch Algen reduziert wird und der reduzierte Schwefel bei Stress der Mikroorganismen ins Wasser freigesetzt wird. Von dort gelangt der Schwefel in Form von Dime- thylsulfid in die Atmosphäre, wird an der Luft oxidiert und regnet gelöst als Sulfat wieder ab. Den Geruch des Dimethylsulfids verbinden wir Menschen mit „Meer“. Mit einer elaborierten Ana- lytik konnten wir jetzt die wenig verstandenen hochpolaren Naturstoffe aus Mikroalgen unter- suchen und fanden dabei das neue schwefelhal- tige Stoffwechselprodukt DMSOP. Diese Verbin- dung spielt nicht nur eine wichtige Rolle in der Stressantwort der Algen, sondern trägt auch glo- bal zum Schwefelkreislauf bei: Von der Arktis bis zum Mittelmeer fanden wir in allen Proben DMSOP. Überall in den Meeren sind die Produ- zenten der schwefelhaltigen Verbindung zu fin- den und deren DMSOP-Produktion stellt eine Ab- kürzung in dem etablieren Schwefelkreislauf dar. Auch wenn eine Mikroalge nur verschwindend kleine Mengen der Verbindung abgibt, sind das in der Summe mehrere Milliarden Kilogramm pro Jahr. Die Stressantwort von einzelligen Algen hat also globale klimarelevante Konsequenzen. [1] Thume, K., Gebser, B., Chen, L., Meyer, N., Kieber, D. J., Pohnert, G. The metabolite dimethylsulfoxonium propionate extends the marine organosul- fur cycle. Nature 2018, 563, 412-415, 10.1038/s41586-018-0675-0. 36 — FORSCHUNG