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Es werde Licht

Die ersten Minuten einer Symbiose aufgedeckt

27.08.2013

Chris Frazee/ University of Wisconsin School of Medicine and Public Health

Kieler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler waren an der Studie beteiligt, die zeigt, wie die ersten Minuten der Symbiose von Wirt und Mikroben ablaufen.

Studien mit einem kleinen Tintenfisch, der im Dunkeln leuchtet, haben komplexe Zusammenhänge über die Symbiose mit Bakterien aufgedeckt. In Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe von Margaret McFall-Ngai in den USA konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein, Campus Kiel (UKSH), jetzt die Mechanismen aufdecken, die sich abspielen, wenn neugeborene Tintenfische zum Schutz vor Räubern in den Dialog mit leuchtenden, symbiontischen Bakterien treten. Die Ergebnisse dieser Studie wurden in der Printausgabe von Cell Host & Microbe veröffentlicht.

Eine Symbiose ist das Zusammenleben von artverschiedenen Organismen, die davon einen gegenseitigen Nutzen haben. Der vor Hawaii lebende Zwergtintenfisch Euprymna scolopes vergräbt sich tagsüber zur Tarnung unter dem Meeresgrund. Doch nachts bei der Futtersuche würde er sich als Schatten gegen die helle Meeresoberfläche abheben. Zum Schutz vor Feinden geht er deshalb mit dem marinen Bakterien Vibrio fischeri eine Symbiose ein. Er tarnt sich mit einem Lichtorgan, in dem diese Bakterien siedeln und leuchten.

Die Tintenfische werden steril geboren, kommen aber im Wasser bereits innerhalb der ersten Stunden mit Tausenden Arten von Bakterien in Kontakt. Daraus muss die eine Bakterienart angelockt werden, die den Tieren nutzt. Es ist bereits bekannt, dass weniger als fünf „richtige“ Bakterien ausreichen, um das entscheidende Signal für die Symbiose zu geben. „Ähnlich verhält es sich auch beim Menschen direkt nach der Geburt. Wir treffen auf zahlreiche verschiedene Arten von Bakterien. Daraus sucht unser Immunsystem aktiv Arten heraus, mit denen wir eine stabile und zum Teil lebenslange Gemeinschaft eingehen“, beschreibt Professor Philip Rosenstiel vom Institut für Klinische Molekularbiologie der CAU das zugrunde liegende Prinzip. Wie genau die Kommunikation von Wirt und Mikrobe abläuft, war bisher noch nicht bekannt.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die an der Studie beteiligt waren, konnten nun die genauen molekularen Mechanismen aufklären, die zu einer erfolgreichen Symbiose führen. Natacha Kremer von der Universität Lyon, Frankreich, und Erstautorin der Studie, berichtet, dass die ersten wenigen Bakterien, die sich an dem Tintenfisch festsetzen, umfassende Änderungen in der zellulären Programmierung des Tieres bewirken. Es werden ganz bestimmte Gene aktiviert und so ein Enzym produziert, das Chitin, einen Bestandteil seiner Oberfläche, in einen Zucker umwandelt. Die Bakterien der Spezies Vibrio fischeri werden davon angelockt und wandern entlang eines Gradienten auf der Oberfläche des Tintenfisches in sein Inneres. „Das Besondere an dieser Studie ist, dass wir es geschafft haben, das spezifische Signal des ersten Kontakts an wenigen Zellen aufzuklären“, sagt Rosenstiel.

Die genetischen Analysen für diese Studie hat Kremer im Labor von Rosenstiel an der CAU in Zusammenarbeit mit der interdisziplinären meereswissenschaftlichen Forschung im Kieler Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“ vollzogen. „Die Ergebnisse dieser Studie helfen uns, auch die Symbiose mit Bakterien beim Menschen besser zu verstehen. Im menschlichen Darm siedeln tausende Arten von Bakterien. Sie reagieren auf die Umgebung und verändern das Programm des Wirtes“, sagt Rosenstiel. „Dieser Dialog wird aus vielen Einzelsignalen von unterschiedlichen Zellen zusammengesetzt, aber wir wissen jetzt, wie der erste Kontakt mit einem nützlichen Bakterium aussehen kann.“ Diese Ergebnisse seien auch wichtig für das Verständnis von Immunreaktionen, die Gegenstand der Forschung im Exzellenzcluster Entzündungsforschung sind und zeigten die interdisziplinäre Zusammenarbeit beider Exzellenzcluster.

 

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