Durch ihren speziellen Stoffwechsel und die Fähigkeit Kohlenstoff zu fixieren, bilden chemoautotrophe Mikroorganismen eine Quelle der Primärproduktion für eine große Zahl an lichtlimitierten Ökosystemen. Seit ihrer Entdeckung 1977 wurden chemoautotrophe Symbionten aufgrund der großen Vielfalt ihrer Ökophysiologie, Phylogenie und Lebensräume, als experimentelle Modelle benutzt um interessante Forschungsfragen zu beantworten. Die Seichtwasser-Muschel Loripes orbiculatus (syn. Loripes lucinalis & Loripes lacteus) lebt in reduzierenden Meeressedimenten und beherbergt Schwefel-oxidierende, chemoautotrophe Endosymbionten in ihren spezialisierten Kiemen. Ziel dieser Studie war es molekulare Methoden zu etablieren, um den Loripes orbiculatus Endosymbionten, sowohl in den Kiemen des Wirts, als auch in der freien Umwelt, verlässlich zu identifizieren und die Genome verschiedener Symbionten-Populationen zu charakterisieren. Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH), sowie 16S rRNA Amplicon-Sequenzierung wurden erfolgreich angewandt um Kiemen von Luciniden auf die Präsenz des Symbionten zu testen, stießen bei Proben aus der Umwelt jedoch an ihre Grenzen. Es gelang dennoch, während der Analyse von Sediment-Porenwasser von der Insel Elba (Italien), ein potentielles FISH Signal des Symbionten zu entdecken. Die Analyse der Genome von 9 Symbiontenstämmen untermauerte die Hypothese, dass der Symbiont tatsächlich freilebend und eher in der Wassersäule zu finden ist, als angeheftet an der Sedimentoberfläche. Ein genauerer Vergleich der Genome bot einen wertvollen Einblick in das Pan-Genom dieser Symbiontenspezies und zeigte eine unerwartet große Vielfalt an Stoffwechselwegen in den einzelnen Symbiontenstämmen. Im Zuge dieser Studien wurden einige interessante Stoffwechselwege, darunter die Verwendung von Cyanaten als Stickstoffquelle oder die Nutzung von C1-Verbindungen als Elektronenakzeptoren im Genom entdeckt und diskutiert. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Symbiontenstämme eher spezifisch für ihr Habitat sind, als für die Spezies ihres Wirts und eine Reihe von Eigenschaften besitzen, die möglicherweise Anpassungen an unterschiedliche Mikrohabitate repräsentieren. Während des Binnings der Symbiontengenome wurden zwei zusätzliche Genome der Gammaproteobakterien Endozoicomonas und Shewanella in den Kiemen entdeckt und ebenfalls durch ihre funktionellen Gene charakterisiert. Die Ergebnisse dieser Studie dienen als weiter Einblick in das genetische Potential des Loripes orbiculatus Endosymbionten und legen einen Grundstein für weitere Untersuchungen der einzigartigen Fähigkeiten dieser chemoautotrophen Systeme.

Through their specialized metabolism and carbon fixing capabilities, chemoautotrophic microorganisms provide a source of primary production for a large number of light-limited ecosystems. Ever since their discovery in 1977 chemoautotrophic symbionts have been used as experimental models to answer interesting research questions due to their vast ecophysiological, phylogenetic and habitat diversity. The shallow water lucinid clam Loripes orbiculatus (syn. Loripes lucinalis & Loripes lacteus), living in reducing marine sediments, harbors a sulfur-oxidizing, chemoautotrophic endosymbiont inside its specialized gills. The present study aimed to establish molecular methods to be able to reliably detect the Loripes orbiculatus endosymbiont within the host gills as well as the outside environment and characterize the genomes of distinct symbiont populations. Fluorescence in situ hybridization (FISH) as well as 16S amplicon sequencing were successfully used to screen lucinid gills for the presence of the symbiont, but exhibited some limitations when applied to environmental samples. It was however possible to detect a putative FISH signal of the symbiont during the analysis of sediment pore water collected from the island of Elba, Italy. The analysis of 9 symbiont strains further supported the hypothesis that the symbionts are indeed free-living and more likely to be found in the water column, rather than attached to sediment surfaces. An extensive genome comparison offered a valuable insight into the pan-genome of the symbiont species, revealing an unexpected, large variability in the metabolic capabilities of distinct symbiont strains. During the course of this study, some interesting metabolic pathways, such as the ability to use cyanate as a nitrogen source or C1-compounds as electron acceptors, were uncovered and discussed. The results from this study demonstrate that the bacterial symbionts are specific to their habitat rather than their host species and possess a suit of features that may represent adaptions to different microenvironments. During the binning of the symbiont genomes, additional genomes belonging to the gammaproteobacteria Endozoicomonas and Shewanella within the gills were uncovered and subsequently characterized through their genomic features. The findings of this study serve to provide a broad insight into the genetic potential of Loripes orbiculatus endosymbiont, laying the foundation for further investigations of the unique capabilities of these chemoautotrophic systems.