Schw盲mme (Porifera), die eine der 盲ltesten, noch lebenden tierischen Phyla darstellen, sind mehrzellige Organismen mit verschiedenen differenzierten Zelltypen. Viele Schwammarten beherbergen in ihren Geweben enorm dichte und vielf盲ltige mikrobielle Gemeinschaften. Mikrobielle Vertreter von mehreren Dutzend bakteriellen Phyla, darunter viele Kandidatenlinien, zwei archaische Linien und eine enorme virale Vielfalt wurden in Verbindung mit diesen Tieren identifiziert. Tats盲chlich kann die mikrobielle Biomasse bis zu einem Drittel der gesamten Schwamm-Biomasse ausmachen und befindet sich extrazellul盲r in der extrazellul盲ren Matrix des Schwammes. Da sich Schwamm-Symbionten bis heute gegen die Kultivierung gewehrt haben, sind meta-omische Ans盲tze in Kombination mit hochaufl枚sender Mikroskopie (z.B. FISH-IHC-CLEM) entscheidend, um die Funktionen der kollektiven mikrobiellen Gemeinschaft sowie einzelner Symbiontengruppen aufzuzeigen.
In diesem Projekt wird die vergleichende Genomik eingesetzt, um die genomischen Grundlagen der Schwamm-Mikroben-Assoziationen zu verstehen und so die Prinzipien der Symbiosen zwischen Metazoen und Mikroben aufzudecken. Ein internationales Team von 22 Mitarbeitern aus 11 L盲ndern untersucht Schw盲mme und ihre vielf盲ltigen Assoziationen mit Mikroben, die oft auf gegenseitiger Nahrungsunterst眉tzung beruhen. Insgesamt wurden bisher 50 Schwammgenome und die ihrer mikrobiellen prokaryontischen und eukaryontischen Symbionten erstellt . Diese Errungenschaft bietet eine fantastische Gelegenheit f眉r vergleichende Studien 眉ber ein breites Spektrum von 脰kologien, Mikrobiomkomplexit盲ten und Funktionalit盲ten, die es erm枚glichen, Fragen zu den genomischen Grundlagen von Schwammsymbiosen und deren Folgen f眉r 脰kologie und Evolution zu beantworten.
Projektleitung/en, Ute Hentschel, 91探花 Helmholtz-Zentrum f眉r Ozeanforschung Kiel
Unsere wichtigste Erkenntnis ist, dass viele der funktionellen Rollen, die urspr眉nglich dem Schwamm zugeschrieben wurden, tats盲chlich durch die mit ihm assoziierten Mikroben vermittelt werden. Zu diesen Funktionen geh枚ren komplexe und vielf盲ltige heterotrophe Bahnen, die es den Symbionten erm枚glichen, die N盲hrstoffe zu nutzen, die entweder vom Wirt selbst produziert oder aus dem umgebenden Meerwasser gefiltert werden (Dr. Kristina Bayer), Bahnen, die zur chemischen Verteidigung des Tieres beitragen, und molekulare Signaturen, die die Persistenz der Symbionten im Tier erm枚glichen. W盲hrend viele Symbiosen f眉r ihre Ern盲hrungsgrundlage auf der Grundlage phototropher oder chemoautotropher Stoffwechsel bekannt sind, haben unsere gemeinsamen Forschungsanstrengungen, einschliesslich der unserer fr眉heren Postdoktorandin Dr. Laura Rix (University of Queensland), marine heterotrophe Symbiosen in den Vordergrund ger眉ckt.
W盲hrend j眉ngste Studien eine gro脽e Vielfalt in der Virosph盲re aufgedeckt haben, besteht die neue Herausforderung darin zu verstehen, wie Phagen die Wirt-Mikroben-Interaktionen modulieren. Wir kombinieren virale Metagenomik mit funktionellen Assays, um das Zusammenspiel zwischen Phagen, bakteriellen Symbionten und marinen Schw盲mmen zu untersuchen. Obwohl Schw盲mme massive Wassermengen durch ihre st盲ndig arbeitenden Filterapparate verarbeiten, haben wir k眉rzlich gezeigt, dass sie artspezifische und sogar individuell einzigartige virale Signaturen beherbergen, die sich von anderen Umgebungen unterscheiden. Wir haben ferner ein Ankyrin-Protein (ANKp) entdeckt, das auf einem Symbiontenphagen kodiert ist und bei heterologer Expression die eukaryotische Immunantwort gegen Bakterien moduliert, wie in Makrophagen-Infektionsassays best盲tigt wurde. Wir stellen die Hypothese auf, dass diese Symbiontenphagenproteine die Koexistenz im Multispezies-Wechselspiel zwischen Phagen, mikrobiellen Symbionten und Schw盲mmen in einer Weise erleichtern, die sich auf andere Wirt-Mikroben-Assoziationen ausdehnen kann. Interessanterweise scheinen diese "Ankyphagen" in anderen Wirts-Mikroben-Assoziationen, einschlie脽lich des Menschen, weit verbreitet zu sein.
Dr. Kristina Bayer, , Dr. Beate Slaby, Leon Steiner
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