Seminar of the Department of Microbiology

MSc Student Session 3

Vanessa Kern - AG Vrabl - University of InnsbruckAlex Schwarz - AG Neuhauser - University of Innsbruck

Nathan Ernster - AG Rodríguez-Rojas - University of Innsbruck

14.11.2024, 11:00

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Abstracts

Kern: Etablierung eines Screening Protokolls für antitumorale Photosensibilisatoren aus Talaromyces sp. mit Hilfe des OSMAC Ansatzes

Maligne Tumore zählen zu einer der tödlichsten Krankheiten. Im Jahr 2022 wurden weltweit fast 10 Millionen Krebstodesfälle registriert. Die prognostizierten Todesfälle können sich bis zum Jahr 2050 sogar verdoppeln. Daher ist man ständig auf der Suche nach neuen Wirkstoffen und Therapien, die Krebszellen spezifisch und möglichst nebenwirkungsfrei bekämpfen. Die photodynamische Therapie stellt eine schonende Therapiemöglichkeit zur effektiven Bekämpfung von Krebszellen dar. Durch die Kombination von sichtbarem Licht und einen zuvor applizierten Photosensibilisator wird Krebsgewebe effektiv geschädigt. Eine Einschränkung der photodynamischen Therapie besteht darin, dass die verfügbaren Photosensibilatoren chemisch begrenzt sind.
Ziel dieser Masterarbeit ist es ein Screening Protokoll für antitumorale Photosensibilisatoren aus Talaromyces sp. zu etablieren. Dafür wurden unter Anwendung des OSMAC Ansatzes (one strain many compounds) fünf verschiedene Talaromyces Spezies auf neun unterschiedlichen Festnährmedien bei unterschiedlichen Kultivierungsbedingungen angezüchtet, um zu testen ob eine hohe Vielfalt an Metaboliten erhalten werden kann. Im Anschluss wurden die Kulturen gefriergetrocknet und extrahiert. Die Photozytotoxizität der Extrakte wurde gegen Zellen von bis zu fünf verschiedenen Krebszelllinien evaluiert. Angeregt wurde hierbei mit blauen Licht (λ = 478nm) und einer Lichtdosis von H = 9,3 J/cm2.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Extrakte der Pilze T. islandicus und T. stipitatus eine starke photozytotoxische Aktivität gegen Zellen von verschiedenen Krebszelllinien aufwiesen (e.g., EC50, 478nm = 0,625 µg/mL gegen Zellen der Zelllinie T24). Die Daten deuten weiters darauf hin, dass für ein schnelleres Screening des photozytotoxischen Potentials einer Spezies nur eine geringere Anzahl an Medien und Kultivierungsbedingungen notwendig sein könnte, um die grundsätzliche Präsenz eines Photosensibilisators nachweisen zu können.
Abschließend lässt sich sagen, dass T. islandicus einen hochinteressanten Produzenten dar, dessen photochemisches Potential in den nächsten Schritten aufgeklärt werden sollte um anschließend die Produktion der gewünschten Metaboliten zu erhöhen.

Schwarz: Taxonomy and host range of Polymyxa graminis

Polymyxa graminis is a soil-borne obligate parasite which infects the roots of Poaceae (grasses). Molecular studies place P. graminis within the Plasmodiophorida, an order in the robustly supported class Phytomyxea (Rhizaria). Although P. graminis plays an important agricultural role as a vector of plant viruses, its intraspecies taxonomy remains to be resolved. It is yet unclear whether P. graminis is one species with several ecotypes (formae specialis), or if it is a species complex. The broad range of different host and habitats make it more difficult to apply existing species concepts which centre around host specificity.

In this study we tried to resolve these open questions in the species complex of P. graminis. For this we systematically collected and tested roots from 29 Poaceae species sampled along environmental and elevational gradients for presence/absence of P. graminis. We generated 41 rDNA sequences from P. graminis s.l.. Phylogenetic analyses of the most comprehensive dataset of Phytomyxea sampled to date resulted in two well-supported clades Polymyxa (including P. graminis f.sp. temperata) and Tetramyxa (including P. graminis f. sp. tepida). Furthermore, we provide the first report of a plasmodiophorid parasite from Cyperaceae (sedges), which is likely a yet undescribed species.

Ernster: Investigating extremophilic prokaryotic community structures and genomic signatures of adaptation

Microorganisms have evolved capabilities to inhabit the harshest regions of our planet, spanning extreme temperatures, high radiation, and desiccative environments. Wind drives the global transportation of diverse microbes over long distances, where they play a crucial role in precipitation, ecosystems, human health, and our changing climate. Analysis of the entire genetic content from a given environment (i.e., metagenomics) allows for comprehensive comparisons of these communities, microbial functions, and the recovery of metagenome-assembled genomes (MAGs) representing individual community members. These computational studies can shed light on microbial transport and deposition, as well as genome-encoded traits of adaptation to extreme conditions. Few studies have applied metagenomics to aerobiological and microbial deposition studies, and fewer have taken place in the rapidly-changing cryosphere. At the other temperature extreme, hot springs harbor thermophilic (heat-loving) microbes. Microdiversity (within-species diversity) in these thermal features in relation to adaptation and biogeography remains an underexplored topic. Here we describe two projects that leverage metagenomic techniques to investigate dispersion and evolution of extremophilic communities. First, metagenomes of water, sediment, and microbial mats from six unstudied hot springs of Yellowstone National Park will be analyzed to identify environmental factors which shape microdiversity. These geographically-isolated springs range from 4 m to 4.6 km apart and span 18-45 °C, yet comprise a narrow pH range around 7.5 (+/- 0.25), offering ideal parameters to study temperature- and geography-driven evolution at the intra-species scale. Second, a 9-week time series analysis of metagenomes of surface snow and air particulate matter from Summit Station (3200 m, 72° 34’ N) on the Greenland Ice Sheet will examine atmospheric transport to high latitudes, microbial influence on precipitation, and extremotolerant adaptations (e.g., cold, desiccation, and UV tolerance). Recovered MAGs from both analyses will be screened for signs of adaptation through metabolic predictions, codon biases, and amino acid usage. Results from these studies have potential to expand our understanding of genome evolution under a multitude of conditions, as well as microbial dispersion across temporal and spatial scales.