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News & Confuse · Treffen 28 BAKTERIELLE GENOMFORSCHUNG IN DEUTSCHLAND Forschungsbilanz der drei GenoMik-Kompetenznetzwerke Werner Selbitschka und Alfred Pühler, Universität Bielefeld Im Rahmen des Förderprogramms «GenoMik – Genomforschung an Mikroorganismen», fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) seit Juni 2001 insgesamt drei Kompetenznetzwerke zur bakteriellen Genomforschung in Deutschland (GenomXpress 1/01). Am 10. und 11. Oktober <strong>2002</strong> fand nun an der Universität Bielefeld die Tagung «Gegenwart und Zukunft der bakteriellen Genomforschung in Deutschland» statt, zu der die drei Netzwerke eingeladen hatten. Mit ca. 400 Teilnehmern und über 100 Posterbeiträgen stieß die Konferenz auf eine erfreulich große Resonanz.Als ein wichtiges Ergebnis der Tagung ist festzuhalten, daß Deutschland auf dem Gebiet der bakteriellen Genomforschung zur europäischen Spitze aufgeschlossen hat. Für Oktober 2003 ist eine europäische Folgekonferenz zur prokaryontischen Genomforschung an der Universität Göttingen geplant. Der internationale Stand der bakteriellen Genomforschung wurde während der Bielefelder Tagung in Plenarvorträgen anhand von drei ausgewählten Beispielen auf den Gebieten Biotechnologie, Medizin und Umwelt dargestellt. Sir David Hopwood vom John Innes Institut, Norwich, U.K. berichtete über die Produktion neuartiger Sekundärmetabolite mit Hilfe von Streptomyces-Genomdaten. Christoph Dehio von der Universität Basel, Schweiz, stellte neue Ergebnisse der Genomforschung an Bartonella henselae vor, einem erst in den letzten Jahren in seiner Bedeutung erkannten Pathogen. Frank Kunst vom Institute Pasteur, Paris, Frankreich schließlich referierte über das Genomprojekt Photorhabdus luminescens, einem biolumineszenten Bakterium, das in Symbiose mit Nematoden lebt. Das Bielefelder Netzwerk «Genomforschung an Bakterien für den Umweltschutz, die Landwirtschaft und die Biotechnologie» präsentierte insgesamt fünf bakterielle Genomprojekte, deren aktueller Stand in Tabelle 1 zusammengefasst ist. Die Mehrzahl der Bielefelder Genomprojekte betreffen Bakterien mit landwirtschaftlicher Bedeutung. Die Genomforschung an dem Bakterium Azoarcus sp. hat zum Ziel, den pflanzenwuchsfördernden Effekt insbesondere bei der bedeutenden Nutzpflanze Reis aufzuklären. Auf dem Gebiet der phytopathogenen Bakterien werden Genomanalysen an dem Gram-negativen Bakterium Xanthomonas campestris pv. vesicatoria sowie dem Gram positiven Bakterium Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis durchgeführt. Es wird erwartet, dass sich aus dem Verständnis des Infektionsverlaufs neue Strategien zur Bekämpfung dieser Pflanzenschädlinge ergeben. Auf dem Umweltsektor ist das Öl-abbauende, marine Bakterium Alcanivorax borkumensis von großer Bedeutung, da es zur Bekämpfung von Ölverschmutzungen im Meer geeignet erscheint. Das Myxobakterium Sorangium cellulosum schließlich ist von herausragendem medizinischen Interesse, da es die tumorwuchshemmende Substanz Epothilon produziert, die bereits in Phase II der klinischen Prüfung auf ihre therapeutische Wirkung hin getestet wird. Eine weitere Aktivität des Bielefelder Netzwerks betrifft die Suche nach neuartigen Antibiotika mit Hilfe der kombinatorischen Biosynthese. Hierbei sollen durch Kombination von Genclustern aus Streptomyces neuartige antibiotisch wirkende Sekundärmetabolite hergestellt werden. Das Göttinger Netzwerk «Genomforschung an Bakterien für die Analyse der Biodiversität und ihre Nutzung zur Entwicklung neuer Produktionsverfahren» stellte den Stand der Genom- (siehe Tabelle 1) und Metagenomprojekte auf den Gebieten Umwelt und Biotechnologie dar. Im Fokus der Arbeiten des Göttinger Netzwerks steht die biotechnologische Nutzung des Potentials von Bakterien wie Bacillus amyloliquefaciens oder Bacillus licheniformis zur Synthese industriell verwertbarer Enzyme. Ein Beispiel hierfür sind Proteasen, die in der Waschmittelindustrie Verwendung finden. Auch die fermentative Gewinnung von Vitamin C durch Gluconobacter oxydans wird in diesem Netzwerk bearbeitet. Einen weiteren Schwerpunkt bilden sogenannte GenomXPress 4/02
29 News & Confuse · Treffen Metagenomanalysen. Hierunter versteht man die Herstellung und Analyse von Umwelt-Genbibliotheken. Der weitaus größte Teil der Bakterienspezies eines Habitats entzieht sich einer systematischen Analyse, da die Bakterien nicht in Reinkultur angezogen werden können. Mittels direkter Extraktion der DNA aus Umweltproben und ihrer Klonierung in Wirtsstämmen wie zum Beispiel Escherichia coli gelingt es, Umwelt-Genbibliotheken zu erstellen, die anschließend im Hochdurchsatzverfahren auf interessante Aktivitäten hin überprüft werden können. Das Würzburger Netzwerk «Pathogenomik» berichtete über den Stand der Genomanalysen an pathogenen Bakterien (siehe Tabelle). Durch Vergleich der Genomsequenzen pathogener und eng verwandter apathogener Bakterien wird die Identifizierung neuer Pathogenitäts-spezifischer Gene erwartet. Auf der Grundlage des Verständnisses der komplexen Regulation von Pathogenitätsgenen und der Aufklärung ihrer Funktion können neue diagnostische Werkzeuge entwickelt und neue Therapieansätze entworfen werden. Angegliedert an das Würzburger Netzwerk ist das Netzwerk Stuttgart, das sich mit der Entwicklung von diagnostischen DNA-Mikroarrays für klinische Routineuntersuchungen beschäftigt. Ziel ist es, DNA Mikroarrays herzustellen, mit denen pathogene Bakterien rasch auf Speziesebene identifiziert werden können. Daneben soll mit Hilfe von Microarray-Analysen auch das Antibiotika-Resistenzspektrum pathogener Keime ermittelt werden, um so rasch eine effektive Therapie einleiten zu können. Teil der Bielefelder Tagung war auch eine Podiumsdiskussion, an der Prof. Bärbel Friedrich (Humboldt-Universität Berlin und Vizepräsidentin der DFG), Prof. Michael Hecker (Universität Greifswald) und Dr. Frank Laplace (BMBF, Bonn) sowie die drei Netzwerkkoordinatoren teilnahmen. Dabei wurde auch die neuartige Förderstruktur hervorgehoben, die das BMBF mit der Einrichtung von Netzwerken verfolgt. Die Verankerung von Kompetenzzentren an Universitäten wurde übereinstimmend als zukunftsweisend angesehen, da die damit verbundene Etablierung von Spitzenforschung auch die Qualität der universitären Lehre positiv beeinflusse. Als überaus wichtiges Gebiet für die zukünftige Entwicklung der GenoMik Netzwerke wurde der Bioinformatiksektor genannt. Informationen zu den Netzwerken: Prof. Dr. W. Goebel Universität Würzburg, Lehrstuhl für Mikrobiologie Biozentrum, Am Hubland, D-97074 Würzburg Tel:0931-888-4400 Fax: 0931-888-4402 goebel@biozentrum.uni-wuerzburg.de Prof. Dr. G. Gottschalk Georg-August-Universität Göttingen, Institut für Mikrobiologie und Genetik Grisebachstr. 8, D-37077 Göttingen Tel.: 0551-39-3781, Fax: 0551-39-3808 ggottsc@gwdg.de Prof. Dr. A. Pühler Universität Bielefeld, Lehrstuhl für Genetik, Postfach 100 131, D-33501 Bielefeld Tel.: 0521-106-5607, Fax: 0521-106-5626 puehler@genetik.uni-bielefeld.de Prof. Dr. R.D. Schmid Universität Stuttgart, Institut für Technische Biochemie Allmandring 31 D-70569 Stuttgart Tel.:0711-685-3192, Fax: 0711-685-3196 Rolf.D.Schmid@rus.uni-stuttgart.de Bakterium Genomgröße Status des Genomprojekts (in Mb) Netzwerk Bielefeld Alcanivorax borkumensis 3,1 Finishing-/Polishingphase(*) Azoarcus sp. 4,5 Finishing-/Polishingphase Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis 3,4 Shotgunphase(§) Sorangium cellulosum 12,0 Shotgunphase Xanthomonas campestris pv. vesicatoria 5,4 Finishing-/Polishingphase Netzwerk Göttingen Bacillus amyloliquefaciens 4,0 Finishing-/Polishingphase Bacillus licheniformis 3,9 Shotgunphase Gluconobacter oxydans 3,5 Finishing-/Polishingphase Picrophilus torridus 1,6 abgeschlossen Ralstonia eutropha 7,8 Shotgunphase Netzwerk Würzburg Bordetella petrii (apathogen) 5,2 Annotationsphase(#) Listeria ivanovii (pathogen) 3,0 Annotationsphase Listeria welshimeri (apathogen) 2,7 Annotationsphase Neisseria meningitidis 2,2 Annotationsphase (2 Genome) (6 pathogene Isolate) Finishing-/Polishingphase (4 Genome) Staphylococcus carnosus (apathogen) 2,4 abgeschlossen Streptococcus mitis (apathogen) 1,9 abgeschlossen Streptococcus pyogenes (pathogen) 1,9 abgeschlossen Tabelle: Gegenwärtiger Stand der Genomprojekte der drei GenoMik Kompetenznetzwerke (§)Shotgunphase: Sequenzierung von kurzen genomischen DNA-Fragmenten im Hochdurchsatzverfahren (*)Finishing-/Polishingphase: Schließen noch vorhandener Lücken in der Genomsequenz/Verbesserung der Sequenzqualität in unsicheren Bereichen (#)Annotation: Zuweisung von Funktionsvorschlägen für Gene
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