脺berblick 眉ber die Forschungsschwerpunkte
Unser Team untersucht aquatische Mikroben unter dem Aspekt der Biodiversit盲t, ihrer Beziehung zu 脰kosystemfunktionen (z. B. Stickstoffkreislauf) und ihrer Auswirkungen auf die Wasserqualit盲t in aquatischen 脰kosystemen, die vom Klimawandel betroffen sind. Unser Ziel ist es, aus regionaler und globaler Sicht zu verstehen, wie sich Ver盲nderungen der mikrobiellen Artenvielfalt aufgrund von Umweltver盲nderungen auf 脰kosystemleistungen und die Entwicklung von Antibiotikaresistenzen auswirken, einschlie脽lich der in ihnen lebenden Tiere. Zu diesem Zweck setzen wir gro脽 angelegte Meta- und Genomanalysen ein und kombinieren sie mit zeitlich begrenzten Feldstudien in gem盲脽igten und tropischen Gew盲ssern und umfangreichen Laborexperimenten.
Expertise
- Mikrobielle Biodiversit盲t und Evolution
- Mikrobielle 脰kophysiologie
- Stickstoffkreislauf
- Wirt-Mikroben-Interaktionen
- Metagenomik
Laufende Projekte
(1) Aquatische Mikrobiome im globalen Klimawandel
Die aquatische Umwelt ver盲ndert sich aufgrund der Bedrohung durch den Klimawandel rasch. In S眉脽wassersystemen ist die biologische Vielfalt der Tiere viermal schneller zur眉ckgegangen als in der Meeresumwelt. Die mikrobielle Artenvielfalt von S眉脽wasser枚kosystemen im Binnenland, die beispiellosen anthropogenen Bedrohungen ausgesetzt sind und in denen planktonische Prokaryoten die Grundlage des Nahrungsnetzes bilden und wichtige 脰kosystemdienstleistungen wie die Entgiftung von Ammoniak und anderen Schadstoffen erbringen, ist jedoch noch wenig erforscht.
Wir werden die genetische Vielfalt von Meeres- und S眉脽wassermikroorganismen anhand von weltweit gesammelten Metagenomen katalogisieren und zeitliche Trends anhand von Metagenomen, die 眉ber 20 Jahre hinweg gesammelt wurden, bewerten. Mithilfe von Vorhersagemodellen werden wir die Bestimmungsfaktoren f眉r die Entwicklung der mikrobiellen Biodiversit盲t auf regionaler und globaler Ebene bewerten. Unser Ziel ist es, die Biodiversit盲tsdynamik der wichtigsten 脰kosystemdienstleister zu verstehen, um Informationen f眉r die Bewirtschaftung und Erhaltung von 脰kosystemen zu erhalten.
Probenahme der mikrobiellen Artenvielfalt in aquatischen Systemen, einschlie脽lich europ盲ischer Seen der gem盲脽igten Zonen, in denen sich nitrifizierende Prokaryoten 眉ber Jahrtausende klonal entwickelt haben. Bildnachweis: David Ngugi
(2) Mikrobiome pflanzenfressender Fische und ihre 枚kologischen Auswirkungen auf das 脰kosystem der Riffe
Herbivore Meeresfische sind die 鈥濳眉he des Ozeans鈥�. Sie ern盲hren sich von einer Vielzahl mariner Makroalgen und beeinflussen so die biogeochemischen Prozesse und die 脰kologie des Riff枚kosystems. Da jede Art auf die Algenart spezialisiert ist, von der sie sich ern盲hrt, untersuchen wir die funktionelle Vielfalt ihres Mikrobioms mit Hilfe von Metagenomik und bewerten potenzielle Aktivit盲ten mit Hilfe von Metatranskriptomik sowie In-vivo- und Feldexperimenten. Unser Ziel ist es, die Rolle des Darmmikrobioms bei der Assimilation von Meeresalgen und die Auswirkungen dieser Darmprozesse auf die biogeochemischen Kreisl盲ufe im Riff zu verstehen.
Mageninhalt von pflanzenfressenden Doktorfischen
(3) Biodiversit盲t und Evolution des Mikrobioms von S眉脽wasserschw盲mmen
S眉脽wasserseen k枚nnen gro脽e Schwammpopulationen aufweisen, die sich im Sommer vermehren. Sie filtern t盲glich gro脽e Mengen an Wasser und k枚nnen bis zu 95 % der Bakterien und Schwebstoffe entfernen. Einige Bakterien werden mit der Nahrung aufgenommen, w盲hrend sich andere als Teil des Schwamm-Mikrobioms entwickeln.
Wir untersuchen die genetische Vielfalt der mit Schw盲mmen assoziierten Mikroben weltweit, um mehr 眉ber ihre Rolle in S眉脽wassersystemen zu erfahren, insbesondere als Reservoir f眉r antimikrobielle Resistenzen. Au脽erdem untersuchen wir die Evolution des S眉脽wasserschwamm-Holobionten, wobei wir uns auf das Mikrobiom und seine Auswirkungen auf die Wirtsentwicklung und die Anpassung an den Lebensraum konzentrieren.
Die Metagenome von S眉脽wasserschw盲mmen sind in 枚ffentlichen Sequenzdatenbanken unterrepr盲sentiert. Ihre marinen Gegenst眉cke sind ein 鈥濰otspot鈥� der antimikrobiellen Resistenz (Ngugi et al., in prep.). Bildnachweis: Thorsten Reusch/ Michelle Fernandes
Andere laufende Projekte (extern)
- Identit盲t, Infektionsstrategie und biogeochemische Auswirkungen von Nitrifikanten-infizierenden Viren [SPP2330, Projekt PE2147/5-1]
- 脰kologische Relevanz von Nukleotid-Salvage-Wegen in aquatischen Lebensr盲umen: Bedeutung f眉r mikrobielle Bioenergetik und N盲hrstoffdynamik [DFG, PN44123226]
Derzeitige Mitarbeiter:Innen
Sunwoo Lee (MSc Student, CAU)
Dr. Basak 脰zt眉rk (Gastforscherin)
Sabrina Jung (Technische Assistentin)
Justyna Barys (externer PhD Student, TU Braunschweig)
J谩nos Papendorf (externer PhD Student, TU Braunschweig)
5 Ver枚ffentlichungen (insgesamt 45; die vollst盲ndige Publikationsliste ist in oder ) verf眉gbar
- Ngugi DK, Salcher MM, Andrei A-S, Ghai R, Klotz F, Chiriac M-C, Ionescu D, Buesing P, Grossart H-P, Xing P, Priscu JC, Alymkulov S, and Pester M. (2023). Postglacial adaptations enabled colonization and quasi-clonal dispersal of ammonia-oxidizing archaea in modern European large lakes. , 9:adc9392.
- Ngugi DK, Silvia GA, S谩nchez P, Gasol JM, Agusti S, Karl DM, and Duarte CM. (2023). Abiotic selection of microbial genome size in the global ocean. , 14: 1384.
- Pogoreutz C, Oakley CA, Raedecker N, C谩rdenas A, Perna G, Peng L, Davy SK, Ngugi DK, and Voolstra CR. (2022). Coral holobiont cues prime Endozoicomonas to a symbiotic lifestyle. , 16:1883鈥�1895.
- Duarte CM, Ngugi DK, Alam I, Pearman J, Kamau A, Eguiluz VM, Gojobori T, Acinas S, Gasol JM, Bajic VB, and Irigoien X. (2020). Sequencing effort dictates gene discovery in marine microbial metagenomes. , 22:4589鈥�4603.
- Ngugi DK, Miyake S, Cahill MJ, Vinu M, Hackmann TJ, Blom J, Tietbohl M., Berumen M., and Stingl U. (2017). Genomic diversification of giant enteric symbionts reflects host dietary lifestyle. , 114:E7592鈥揈7601.
Offene Stellen
Wir suchen derzeit enthusiastische Studenten, die sich unserer Gruppe anschlie脽en m枚chten, einschlie脽lich Studenten, die an einer BSc- und MSc-Arbeit interessiert sind. Forschungspraktikanten sind ebenfalls willkommen. Wenn Sie sich f眉r eines unserer Forschungsthemen interessieren (z. B. Antibiotikaresistenz, Wirt-Mikroben-Interaktionen, mikrobielle Biodiversit盲t, Metagenomik) oder eine gute Idee haben, kommen Sie bitte vorbei oder schreiben Sie uns eine E-Mail (David Ngugi, dngugi@geomar.de). Wir k枚nnen auch Doktoranden helfen, sich f眉r Stipendien zu bewerben, um ihre Forschungsarbeit in unserem Labor zu unterst眉tzen.
Derzeitige Co-Partner
, Leibniz Institute DSMZ (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures), Braunschweig, Germany
, North-West University, South Africa
, Leibniz Institute for Freshwater Ecology and Inland Fisheries, Berlin, Germany
, Institute of Hydrobiology, Biology Center CAS, Czechia
, University of Dar es Salaam, Tanzania
, Limnological Station, University of Zurich, Switzerland
, Kenyatta University, Nairobi, Kenya
, King Abdullah University of Science & Technology, Saudi Arabia
, Institut de Ci猫ncies del Mar (ICM), CSIC, Barcelona, Spain
, University of Konstanz, Germany
, University of Oldenburg, Germany
