Οι θαλάσσιοι σπόγγοι (φύλο Porifera) είναι οι αρχαιότεροι ζώντες μεταζωικοί οργανισμοί και διαδραματίζουν κρίσιμο οικολογικό ρόλο στα βενθικά οικοσυστήματα λόγω της υψηλής ικανότητάς τους στη διήθηση νερού. Επιπλέον, φιλοξενούν πυκνές και ποικιλόμορφες μικροβιακές κοινότητες που ανήκουν και στους τρεις τομείς της ζωής, σχηματίζοντας πολύπλοκα holobionts. Ωστόσο, η πλειονότητα των σπόγγων-συμβιωτών παραμένει ακαλλιέργητη, περιορίζοντας την κατανόηση των λειτουργικών τους ρόλων. Η παρούσα διατριβή διερευνά τη σχέση μεταξύ σπόγγων και βακτηρίων μέσω της ενσωμάτωσης καλλιεργητικών και μη καλλιεργητικών μεθόδων. Η μελέτη αναδεικνύει τη μεταβολική ευελιξία των Flavobacteriaceae που σχετίζονται με τους σπόγγους, τα οποία εμφανίζουν γονιδιωμακή ικανότητα για κινητικότητα ολίσθησης, αποδόμηση υδατανθράκων και παραγωγή δευτερογενών μεταβολιτών, αν και τα φαινοτυπικά πειράματα υπέδειξαν σιωπηρή γονιδιακή έκφραση υπό in vitro συνθήκες. Επιπλέον, η ανάλυση γονιδιωμάτων και η βιοδραστική δοκιμή βακτηρίων προερχόμενων από σπόγγους (Proteobacteria και Actinobacteria) αποκάλυψαν την παρουσία αντιμικροβιακών και κυτταροτοξικών ενώσεων, συνδέοντας βιοσυνθετικά γονιδιακά συμπλέγματα με τις παρατηρούμενες βιοδραστικότητες. Εστιάζοντας σε σπόγγους-συμβιώτες που δεν έχουν καλλιεργηθεί στο εργαστήριο, η έρευνα περιγράφει ένα νέο υποψήφιο γένος, το Candidatus Thalassonella, εντός του φύλου Tectomicrobia, το οποίο μοιράζεται μεταβολικά χαρακτηριστικά με το Ca. Entotheonella, έναν γνωστό «υπερπαραγωγό» βιοδραστικών μεταβολιτών. Επιπλέον, η μελέτη αποσαφηνίζει τη φυλογένεση και τις μεταβολικές δυνατότητες των σπόγγων-συμβιωτών Ca. Dadabacteria (‘Desulfobacterota__D’), αποκαλύπτοντας μία ειδική για σπόγγους τάξη (Ca. Nemesobacterales) εμπλουτισμένη σε γονίδια που σχετίζονται με την προσαρμογή στον ξενιστή και τον δευτερογενή μεταβολισμό. Με τη χρήση φθορίζουσας in situ υβριδοποίησης, τα Ca. Nemesobacterales οπτικοποιήθηκαν εντός των βακτηριοκυττάρων των σπόγγων Geodia barretti, υποστηρίζοντας τον συμβιωτικό τους τρόπο ζωής. Συμπερασματικά, η παρούσα διατριβή γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ των γνώσεων που προκύπτουν από τις ομικές επιστήμες και της λειτουργικής κατανόησης των αλληλεπιδράσεων σπόγγων-μικροβίων. Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι οι συμβιωτικοί μικροοργανισμοί των σπόγγων συμβάλλουν στην ετεροτροφία, την ανταλλαγή μεταβολιτών και την χημική άμυνα, ενισχύοντας τη στενή σχέση τους με τον ξενιστή. Η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να ενσωματώσει τόσο καλλιεργησιακές όσο και γονιδιωματικές προσεγγίσεις για την περαιτέρω διερεύνηση του οικολογικού και βιοτεχνολογικού δυναμικού των μικροβιωμάτων των σπόγγων.