Bacteriophages represent the most abundant viral entities across diverse ecosystems, and their association with microbiota plays a critical role in shaping microbial communities and dynamics. However, the extent to which bacteriophage composition is associated with microbial communities across ecosystems remains underexplored. This thesis delved into how microbiota complexity affects bacteriophage composition, diversity, and functional potential, thereby providing insight into the intricate interactions between microbiota and bacteriophages. Two compositionally distinct habitats with contrasting microbiota complexity were examined: soil, including biocrusts and bare soil, and gnotobiotic murine models, including Oligo-mouse microbiota (12 bacterial species), reduced Altered Schaedler Flora (three bacterial species), and specific pathogen-free mice. By integrating metagenomic sequencing with bioinformatics analysis, bacteriophage and bacterial diversity were compared across gradients of microbiota complexity, compartmental activity (colon versus ileum and biocrusts versus bare soil), and hosts versus non-host environment. The data revealed a proportional increase in bacteriophage richness along a gradient of microbiota, from low diversity murine gut microbiota to complex soil biocrust environment. Similarly, compartmental patterns were observed, with the colon exhibiting elevated levels of bacteriophage and bacterial diversity than the ileum. Biocrusts and bare soil demonstrated comparably high viral operational taxonomic unit (OTU) richness, with a slight increase in biocrusts. In addition, novel and site-specific bacteriophages were identified in both ecosystems, indicating a strong compartmentalization and spatial structuring. Taxonomic profiling revealed Class Caudoviricetes as the dominant bacteriophage lineage across all the studied niches, though with varying relative abundance. Microbial rich environments, especially the soil biocrusts and bare soil harbored additional bacteriophage lineages compared to the simplified murine models, suggesting diversification along bacterial diversity gradients. Host prediction analysis indicated that most of the identified bacteriophages were polyvalent, capable of infecting multiple bacterial hosts across ecological context, thereby facilitating genetic exchanges. Functional annotation revealed an increase in auxiliary metabolic genes (AMGs) with increasing microbiota complexity, from the murine gut to the soil. Most of the AMGs identified were linked to amino acid, nucleotide, and carbohydrate metabolism, underscoring the role of bacteriophage in horizontal gene transfer in enhancing bacterial metabolic processes and adaptability to different conditions. This work advances our understanding of bacteria - bacteriophage dynamics across ecological niches of varying microbial diversity and metabolic functions.      «

Bacteriophages represent the most abundant viral entities across diverse ecosystems, and their association with microbiota plays a critical role in shaping microbial communities and dynamics. However, the extent to which bacteriophage composition is associated with microbial communities across ecosystems remains underexplored. This thesis delved into how microbiota complexity affects bacteriophage composition, diversity, and functional potential, thereby providing insight into the intricate inte...     »

Bakteriophagen sind die am häufigsten vorkommenden viralen Einheiten in verschiedenen Ökosystemen, und ihre Verbindung mit der Mikrobiota spielt eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung mikrobieller Gemeinschaften und der Dynamik von Ökosystemen. Inwieweit die Zusammensetzung von Bakteriophagen mit mikrobiellen Gemeinschaften in verschiedenen Ökosystemen zusammenhängt, ist jedoch noch nicht ausreichend erforscht. In dieser Dissertation wurde untersucht, wie die Komplexität der mikrobiellen Gemeinschaft die Zusammensetzung, Diversität und das funktionelle Potenzial von Bakteriophagen beeinflusst, und liefert damit Einblicke in die komplexen Wechselwirkungen zwischen Mikrobiota und Bakteriophagen. Es wurden zwei sich in ihrer Zusammensetzung unterscheidende Lebensräume mit entgegengesetzter Komplexität der Mikrobiota untersucht: Boden, einschließlich Biokrusten und nacktem Boden, und gnotobiotische Mausmodelle, einschließlich Oligo-Maus-Mikrobiota (12 Bakterienarten), reduzierte Altered-Schaedler-Flora (drei Bakterienarten) und spezifisch pathogenfreie Mäuse. Durch die Integration von metagenomischer Sequenzierung und bioinformatischer Analyse wurden die Bakteriophagen- und Bakterienvielfalt über Gradienten der Komplexität der Mikrobiota, der Kompartimentaktivität (Dickdarm versus Ileum und Biokrusten versus nackter Boden) und der Wirts- versus Nicht-Wirtsumgebungen verglichen. Die Studie ergab einen proportionalen Anstieg der Bakteriophagenvielfalt entlang eines Mikrobiota-Gradienten, von der wenig vielfältigen Darmmikrobiota von Mäusen bis hin zur komplexen Biokrustenumgebung im Boden. In ähnlicher Weise wurden kompartimentale Muster beobachtet, wobei der Dickdarm im Vergleich zum Ileum eine erhöhte Bakteriophagen- und Bakteriendiversität aufwies. Biokrusten und nackter Boden wiesen eine vergleichbar hohe Diversität an viralen operativen taxonomischen Einheiten (OTUs) auf, mit einem leichten Anstieg bei Biokrusten. Darüber hinaus wurden in beiden Ökosystemen neue und ortsspezifische Bakteriophagen identifiziert, was auf eine starke räumliche Strukturierung hindeutet. Die taxonomische Untersuchung ergab, dass die Klasse Caudoviricetes die dominierende Bakteriophagenlinie in allen untersuchten Nischen war, wenn auch mit unterschiedlicher relativer Häufigkeit. Mikrobiell reiche Umgebungen, insbesondere die Bodenbiokrusten und der nackte Boden, beherbergten im Vergleich zu den vereinfachten Mausmodellen zusätzliche Bakteriophagenlinien, was auf eine Diversifizierung entlang bakterieller Diversitätsgradienten hindeutet. Die Wirtsvorhersageanalyse ergab, dass die meisten der identifizierten Bakteriophagen polyvalent waren und mehrere bakterielle Wirte in verschiedenen ökologischen Kontexten infizieren konnten, wodurch der genetische Austausch erleichtert wurde. Die funktionelle Annotation ergab eine Zunahme der auxilliaren Stoffwechselgene (AMGs) mit zunehmender Komplexität der Mikrobiota, vom Mausdarm bis hin zum Boden. Die meisten der identifizierten AMGs standen im Zusammenhang mit dem Aminosäure-, Nukleotid- und Kohlenhydratstoffwechsel, was die Rolle von Bakteriophagen beim horizontalen Gentransfer zur Verbesserung der bakteriellen Stoffwechselprozesse und der Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Bedingungen unterstreicht. Diese Arbeit erweitert das Verständnis der Dynamik zwischen Bakterien und Bakteriophagen in ökologischen Nischen mit unterschiedlicher mikrobieller Vielfalt und Stoffwechselfunktionen.      «

Bakteriophagen sind die am häufigsten vorkommenden viralen Einheiten in verschiedenen Ökosystemen, und ihre Verbindung mit der Mikrobiota spielt eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung mikrobieller Gemeinschaften und der Dynamik von Ökosystemen. Inwieweit die Zusammensetzung von Bakteriophagen mit mikrobiellen Gemeinschaften in verschiedenen Ökosystemen zusammenhängt, ist jedoch noch nicht ausreichend erforscht. In dieser Dissertation wurde untersucht, wie die Komplexität der mikrobiellen G...     »